K型熱電偶

K型熱電偶

溫度傳感器
K型熱電偶是一種溫度傳感器,K型熱電偶通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調節器配套使用。K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶可以直接測量各種生産中從0℃到1300℃範圍的液體蒸汽和氣體介質以及固體的表面溫度。K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。K型熱電偶具有線性度好,熱電動勢較大,靈敏度高,穩定性和均勻性較好,抗氧化性能強,價格便宜等優點,能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。
    中文名:熱電偶 外文名:thermocouple 用途: 所屬學科:物理學 性質:溫度傳感器

原理

熱電偶是一種感溫元件,是一次儀表,它直接測量溫度,并把溫度信号轉換成熱電動勢信号,通過電氣儀表(二次儀表)轉換成被測介質的溫度。K型熱電偶線的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應。

兩種不同成份的均質導體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端,自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系,制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。

在K型熱電偶線回路中接入第三種金屬材料時,隻要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所産生的熱電勢将保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入測量儀表,測得熱電動勢後,即可知道被測介質的溫度。

概述

K型熱電偶作為一種溫度傳感器,K型熱電偶通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調節器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生産中從0℃到1300℃範圍的液體蒸汽和氣體介質以及固體的表面溫度。

K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。

K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2~4.0mm。

正極(KP)的名義化學成分為:Ni:Cr=90:10,負極(KN)的名義化學成分為:Ni:Si=97:3,其使用溫度為-200~1300℃。

K型熱電偶具有線性度好,熱電動勢較大,靈敏度高,穩定性和均勻性較好,抗氧化性能強,價格便宜等優點,能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。

K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用于弱氧化氣氛.

特點

簡介

檢出(測溫)元件熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一。必須配二次儀表,其優點是:

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。

②測量範圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-铼)。

③構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。

2根據溫度測量範圍及精度,選用相應分度号的熱電偶

使用溫度在1300~1800℃,要求精度又比較高時,一般選用B型熱電偶;要求精度不高,氣氛又允許可用鎢铼熱電偶,高于1800℃一般選用鎢铼熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶;在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶,低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負溫測量一般用T型電偶,在低溫時T型熱電偶穩定而且精度高。

注:t為感溫元件實測溫度值(℃)電場強度越高,因而接觸電勢也就越大。這樣将1産生的溫差熱電勢通過連接導線2在顯示儀表3中顯示出來。

時間常數

熱電偶公稱壓力:一般是指在工作溫度下保護管所能承受的靜态外壓而破裂。

熱電偶最小插入深度:應不小于其保護套管外徑的8-10倍(特列産品例外)

絕緣電阻:當周圍空氣溫度為15-35℃,相對濕度<80%時絕緣電阻≥5兆歐(電壓100V)。具有防濺式接線盒的熱電偶,當相對溫度為93±3℃時,絕緣電阻≥0.5兆歐(電壓100V)

高溫下的絕緣電阻:K型

分度表

溫度單位:℃電壓單位:mV)參考溫度點:0℃(冰點)

産品資料

K型熱電偶選型資料

ITS-90國際溫度标準(JISC1602-1995,ASTME230-1996,IEC584-1-1995)

熱電偶安裝注意點

(1)熱電偶應盡量垂直裝在水平或垂直管道上,安裝時應有保護套管,以方便檢修和更換。

(2)熱電偶的冷端應處在同一環境溫度下,應使用同型号的補償導線,且正負要接對。

(3)測量管道内溫度時,元件長度應在管道中心線上(即保護管插入深度應為管徑的一半)。

(4)溫度動圈表安裝時,開孔尺寸要合适,安裝要美觀大方。

(5)高溫區使用耐高溫電纜或耐高溫補償線。

(6)要根據不同的溫度選擇不同的測量元件。一般測量溫度大于100℃時,應選擇熱電偶,小于100℃時選擇熱電阻。

(7)接線要合理美觀,表針指示要正确。

熱響應時間的測量

測量K型熱電偶的熱響應時間實際上是比較複雜的,不同的試驗條件會産生不同的測量結果,這是由于受周圍介質的換熱率影響,換熱率高,則熱響應時間就短。

為了使熱電偶的熱響應時間具有可比性,國家标準規定:熱響應時間應在專用水流試驗裝置上進行。該裝置的水流速度應保持0.4±0.05m/s,初始溫度在5-45℃的範圍内,溫度階躍值為40-50℃。在試驗過程中,水的溫度變化應不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設計的置入深度。

由于熱電偶在室溫附近熱電勢很小,熱響應時間不容易測出,因此國家标準規定可采用同規格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件,然後進行試驗。

試驗時應記錄熱電偶的輸出變化至相當于溫度階躍變化50%的時間T0.5,必要時可記錄變化10%的熱響應時間T0.1和變化90%的熱響應時間T0.9。所記錄的熱響應時間,應是同一試驗至少三次測試結果的平均值,每次測量結果對于平均值的偏離應在±10%以内。此外,形成溫度階躍變化所需的時間不應超過被測試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響應時間不應超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。

四大定律

均質導體定律

熱電偶絲由同一種均質材料(導體或半導體)兩端焊接組成閉合回路,無論導體截面如何以及溫度如何分布,将不産生接觸電勢,溫差電勢相抵消,回路中總電勢為零。

可見,熱電偶必須由兩種不同的均質導體或半導體構成。若熱電極材料不均勻,由于溫度梯存在,将會産生附加熱電勢。

中間導體定律

在熱電偶回路中接入中間導體(第三導體),隻要中間導體兩端溫度相同,中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響,這就是中間導體定律。

應用:依據中間導體定律,在熱電偶實際測溫應用中,常采用熱端焊接、冷端開路的形式,冷端經連接導線與顯示儀表連接構成測溫系統。

有人擔心用銅導線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值,在導線與熱電偶連接處産生的接觸電勢會使測量産生附加誤差。根據這個定律,是沒有這個誤差的!

中間溫度定律

熱電偶回路兩接點(溫度為T、T0)間的熱電勢,等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數和。Tn稱中間溫度。

應用:由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關系,當冷端溫度不為0攝氏度時,不能利用已知回路實際熱電勢E(t,t0)直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實際熱電勢E(t,t0)直接查表求取的溫度值,再加上冷端溫度确定熱端被測溫度值,需按中間溫度定律進行修正。初學者經常不按中間溫度定律來修正!

參考電極定律

這個定律是專業人士才研究、關注的,一般生産、使用環節的人士不太了解,簡單說明就是:用高純度鉑絲做标準電極,假設鎳鉻-鎳鉻熱電偶的正負極分别和标準電極配對,他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳鉻的值。

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