热电偶温度传感器是由两种不同的导体连接在一起,构成一个闭合的回路,当两个接点温度不同时,在回路中就会产生热电动势,这种现象称为热电效应,该电动势就是著名的“塞贝克温差电动势”简称“热电动势”。
热电偶就是通过测量热电动势来实现测温的。当此测量点受到加热时,将产生使热电流运动的力量,其大小等于温度不同的测量点和另外一端(参考接点)间的温度差,直接测量端叫工作端(热端)接线端子端叫冷端,当热端和冷端存在温差时,就会在回路里产生热电流,接上显示仪表,仪表上就会指示所产生的热电动势的对应温度值,电动势随温度升高而增长。
热电偶温度传感器(热电温度计)是以热电偶为测温元件,由仪表显示出温度的一种仪器。广泛用来测量-200~1300℃范围内的温度,在特殊情况下,可测2800℃的高温或4K的低温,运用也是最普遍,市场占有量也是最大的。
常用热电偶丝材及其性能:
1、铂铑10-铂热电偶(分度号为S,也称为单铂铑热电偶该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金,负极为纯铂;它的特点是:
(1)热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃,超达1400℃时,即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶,使晶粒粗大而断裂;
(2)精度高,它是在所有热电偶中,准确度等级最高的,通常用作标准或测量较高的温度;
(3)使用范围较广,均匀性及互换性好;
(4)主要缺点有:微分热电势较小,因而灵敏度较低;价格较贵,机械强度低,不适宜在还原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。
2、铂铑13-铂热电偶(分度号为R,也称为单铂铑热电偶)
该热电偶的正极为含13%的铂铑合金,负极为纯铂,同S型相比,它的电势率大15%左右,其它性能几乎相同,该种热电偶在日本产业界,作为高温热电偶用得最多,而在中国,则用得较少;
3、铂铑30-铂铑6热电偶(分度号为B,也称为双铂铑热电偶)
该热电偶的正极是含铑30%的铂铑合金,负极为含铑6%的铂铑合金,在室温下,其热电势很小,故在测量时一般不用补偿导线,可忽略冷端温度变化的影响;长期使用温度为1600℃,短期为1800℃,因热电势较小,故需配用灵敏度较高的显示仪表。
B型热电偶适宜在氧化性或中性气氛中使用,也可以在真空气氛中的短期使用;即使在还原气氛下,其寿命也是R或S型的10~20倍;由于其电极均由铂铑合金制成,故不存在铂铑-铂热电偶负极上所有的缺点、在高温时很少有大结晶化的趋势,且具有较大的机械强度;同时由于它对于杂质的吸收或铑的迁移的影响较少,因此经过长期使用后其热电势变化并不严重、缺点价格昂贵(相对于单铂铑而言)。
4、镍铬-镍硅(镍铝)热电偶(分度号为K)
该热电偶的正极为含铬10%的镍铬合金,负极为含硅3%的镍硅合金(有些国家的产品负极为纯镍)。可测量0~1300℃的介质温度,适宜在氧化性及惰性气体中连续使用,短期使用温度为1200℃,长期使用温度为1000℃,其热电势与温度的关系近似线性,价格便宜,是目前用量最大的热电偶。
K型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶,不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用;当氧分压较低时,镍铬极中的铬将择优氧化,使热电势发生很大变化,但金属气体对其影响较小,因此,多采用金属制保护管。