热电偶的种类及特性

唐宋元明清

1、对热电极材料的要求
根据热电偶的测温原理，似乎任意两种不同的导体材料都可以作为热电极组成热电偶用来测量温度，但实际并非如此，因为对热电偶热电极材料有一定要求：
热电势要足够大，并且与温度的关系最好呈线性或近线性；
在使用温度范围内，物理、化学性能稳定；
热电性能稳定，易于复现，同类热电偶互换性好；
电导率高，电阻温度系数要小；
加工方便，价格便宜。
但是，完全满足上述要求的材料很难找到。因此只能根据被测温度的高低，选择适当的热电极材料。
金、银和铂族金属共八个元素，称为贵金属。由这些金属及其合金构成的热电偶称为贵金属热电偶，除此之外统称贱金属热电偶。同贵金属热电偶相比，贱金属热电偶具有灵敏度高，热电特性近似线性，可在还原性气氛中使用，但抗氧化耐腐蚀性欠佳，热电极均匀性差，高温稳定性差，寿命短。贵金属的缺点和优点正好与贱金属相反。
2、标准热电偶
标准化热电偶是指生产工艺成熟，成批生产，性能优良并已列人工业标准文件中的热电偶。这类热电偶发展早，性能稳定，应用广泛，具有统一的分度表，可以互换，并有与其配套的显示仪表可供使用，十分方便。非标准化热电偶没有被列入工业标准，也没有统一的分度表和与其配套的显示仪表，但在某些特殊场合，如在超高温、低温等条件下有特殊性能。
国际电工委员会（IEC）在1975年推荐7种标准化热电偶；1986年IEC又推荐镍铬硅一镍硅（N型）热电偶作为标准化热电偶；我国已采用IEC标准，1987年以后热电偶全部按新标准生产。以下介绍标准化热电偶的主要特性：
2.1铂铑10-铂热电偶（分度号为S）：属贵金属热电偶，热电极直径通常为0.5mm。它的长期使用温度为1400℃（我国规定为1300℃），短期使用温度为1600℃。它的热电性能稳定，抗氧化性强，宜在氧化性及惰性气氛中连续使用，在真空中可短期使用。不宜直接在金属蒸气、金属氧化物、二氧化碳、氢气等还原性介质中使用，除非选用可靠的保护管，在高温下这种热电偶会产生挥发现象，铑分子会渗透到铂电极中污染铂极，导致热电势下降及铂电极折断等。
2.2铂铑13-铂热电偶（分度号为R）：属贵金属热电偶。它的性能与铂铑10-铂热电偶基本相同，只是它的温度灵敏度稍高些，例如1300℃时，铂铑10-铂热电偶输出热电势为13.155mV，而铂铑13-铂热电偶则为14.826mV。
2.3铂铑30-铂铑6热电偶（分度号为B）：属贵金属热电偶。其长期使用最高温度可达1600℃，短期使用温度可达1800℃，宜在氧化性和中性气氛中使用，在真空中可短期使用。它不能直接在还原性气氛及含有金属或非金属蒸气的气氛中使用，除非外面套有合适的非金属保护管。它具有铂铑10-铂的各种优点，其抗污染能力强；主要缺点是灵敏度低，热电势小。冷端温度在40℃以下时，可不必进行冷端温度补偿。
2.4镍铬-镍硅（镍铬-镍铝）热电偶（分度号为K）：属贱金属热电偶，长期使用最高温度可达900℃以上，短期可达1200℃，热偶丝直径一般为1.2～2. 5mm。用于测量500℃以下的温度时，可用于氧化、还原及中性气氛中；测量温度高于500℃时只能用于氧化及中性气氛中。镍铬一镍硅热电偶可用于湿度很低的氢或氮的气氛中，而不能用于氧化还原交替的气氛中。在真空中只能短期使用。镍铬-镍硅热电偶与镍铬-镍铝热电偶的热电特性几乎完全一致，但前者在抗氧化性及热电势稳定性方面均优于后者。目前我国基本上已用镍铬-镍硅热电偶取代镍铬-镍铝热电偶。镍铬-镍硅的热电势率比铂铑10-铂的热电势率大4～5倍，并且温度与热电势之间关系近似于线性。
2.5镍铬-康铜热电偶（分度号为E）：属贱金属热电偶。它的特点是在常用热电偶中其热电势率最大，即灵敏度最高。在- 200℃时热电势率为25uV/℃，在700℃时，为80uV/℃，比K型热电偶高一倍，较J型热电偶高20%左右。在使用中的限制条件与K型热电偶相同。它适宜在-250～870℃范围内的氧化或惰性气氛中使用，尤其适宜在0℃以下使用，而且在温度高的情况下，较其他热电偶耐腐蚀。
2.6铜-康铜热电偶(分度号为T)：属贱金属热电偶。其主要特点是，在贱金属热电偶中它的准确度最高，热电极丝的均匀性好。它的使用温度范围是-200 ～350℃。因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，所以在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃。
2.7铁-康铜热电偶（分度号为J）：属贱金属热电偶。其特点是价格便宜。J型热电偶既可用于氧化性气氛（使用温度上限为750℃），也可用于还原性气氛(使用温度上限为950℃)，并且耐H₂和CO气体腐蚀，在含碳或铁的条件下使用也很稳定，多用于化工厂。它不能在高温( 540℃)含硫的气氛中使用，而且铁热电极易生锈。
2.8镍铬硅-镍硅热电偶（分度号为N）：属贱金属热电偶。N型热电偶的使用温度范围为-200～1300℃，长期使用温度为1200℃，短期为1300℃。实验结果表明，在相同条件下，尤其在1100～1300℃的高温条件下，N型热电偶的高温稳定性及使用寿命较K型有成倍的提高，与S型热电偶接近，其价格仅为S型的1/10。它为现有贱金属热电偶显然不能胜任的场合提供了新型的测温材料，也为在1300℃以下部分，取代S型热电偶提供了依据。因此，在-200～1300℃整个温度范围内，有全面代替贱金属热电偶和部分代替S型热电偶的趋势。