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热电偶规格材料和使用注意事项的理论培训

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发表于 2013-8-30 11:31:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 jasen 于 2013-8-30 11:43 编辑

如题。热电偶规格材料和使用注意事项的理论培训。

TC Theory Training.pdf

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发表于 2013-8-30 16:25:33 | 显示全部楼层
本帖最后由 hongqk 于 2013-8-30 18:22 编辑

1、热电偶概述
1.1 热电偶工作原理
    用热电偶测温是基于1821年西贝克(T.J.Seebeck)发现的热电效应,1826年贝克雷尔(A.C.Becquerel)第一个根据热电效应来测量温度。将两种不同的均质导体(或叫热电极也叫偶丝)焊接在一起,另一端连接电流计构成闭合回路,当焊接端(或叫测量端)与电流计端(或叫参比端)温度不一致时,回路中就会有电流通过,这种现象称为西贝克效应,又称热电效应。热电特性是物质具有的一种普遍特性,热电偶是应用最为广泛的测温仪表。热电偶回路中的热电动势由温差电势和接触电势两部分组成。
    实验与计算表明,热电偶回路中的总热电动势EAB(t,to)可以用下面的数学表达式得出:     
式中k、e为常数,Na和Nb分别是A、B热电极的电子密度,由热电极本身的化学成分和组织结构决定,与环境条件和外形尺寸无关。在A、B电极确定的情况下,如将参比端温度保持恒定(一般为0℃或室温),那么回路中的热电动热大小就只与测量端温度相关了。这种以测量热电动热的方法来测量温度的一对金属导体,称为热电偶。

1.2  热电偶的结构
    热电偶的结构可以用“两端五部”来概括。
从热电偶的测温原理可知,构成最基本的热电偶除了两根热电极材料外,还必须在热电极的两端按照要求作成测量端和参比端,俗称“热端”和“冷端”,这就是所谓的“两端”。根据热电偶的不同用途和附加结构,热端有绝缘型、多支分离绝缘型、接壳型、露头型四种形式,冷端有密封和非密封两种形式。
    热电偶一般由五部分构成,两根热电极(或叫偶丝)是构成热电偶的核心部分(第一部分测温元件),其它部分都是围绕它展开;为了保证回路中热电动势不损失以准确传递被测温度信号,必须用绝缘材料使两热电极除两端点之外的其余部分之间,及其与外界之间有可靠的绝缘(第二部分绝缘材料);为了保护绝缘材料和偶丝,延长热电偶的使用寿命,一般还设计有保护套管(第三部分保护管);为了安装接线使用方便,同时适应各种使用场合,一般还设计有第四部分接线装置和第五部分安装固定装置。这些就是所谓的“五部”。根据不同用途,能够测温的最基本的热电偶(即热电偶芯),没有保护管和安装固定装置。

1.3 热电偶的分类
    热电偶按照制造方法和结构分类,可分为装配热电偶、铠装热电偶两个基本大类;随着工艺技术的不断发展,综合了装配热电偶和铠装热电偶的优点的复合铠装热电偶具有很好的性价比,有很大的市场推广潜力。按照热电偶的热电特性分类,有10个已经标准化的分度号和其它很多具有专门用途的非标准化热电偶;按照每支产品中所含热电偶的对数分类,有单支、双支、三支、多支热电偶;按照热电偶电极(或叫偶丝)的资源状况分类,有贵金属热电偶和廉金属热电偶两种;根据用途来分类的就比较多了,比如真空专用热电偶、高温耐蚀热电偶,还有将正负极偶丝分别铠装加工自由配对的“单芯铠装热电偶”等等。在热电偶产品的名称中,一般同时含有结构特征、分度号、数量等多种分类含义,比如双支式铠装K型热电偶、单支变径式E型热电偶等等。

1.4 关于铠装热电偶与装配热电偶
    装配热电偶顾名思义是指构成热电偶的最基本的三个部分(简称”基体部分”,包括测温元件、绝缘材料、保护管)是通过组装而成、可以通过拆卸而分的。铠装热电偶的基体部分(称为铠装热电偶材料或“偶材”或“铠材”或“铠装热电偶电缆”)是不可拆卸的,它是由热电偶丝穿入绝缘氧化镁型材中,再一同穿入金属保护管中,经过多次拉拔缩径退火而形成的一个坚实整体。
    将铠装热电偶材料下料成需要的长度,再制作冷热两端并附加需要的安装固定装置就形成了铠装热电偶。铠装热电偶是在装配热电偶的基础上采用新的工艺技术制造而发展起来的第二代通用型热电偶,相对于装配热电偶具有直径小、密封性好、易弯曲、热响应时间快、可靠性高、成本低、适合批量生产、安装使用方便等特点。
    铠装热电偶在绝大多数的场合都可以代替装配热电偶使用,只是由于人们的使用习惯和接受观念不同,一些场合还在继续使用装配热电偶。近年来越来越多的厂家采用铠装热电偶作为装配热电偶的芯子来改造传统的装配热电偶。随着技术的发展装配热电偶会被逐渐淘汰。
    铠装热电偶与装配热电偶是两种最基本的结构类型,在此基础上根据具体的使用环境发展了很多特殊的专用热电偶。复合铠装热电偶和单芯铠装热电偶是在铠装热电偶的基础上,根据不同用途以及综合装配偶和铠装偶的优点,采用新技术新材料由大正仪表公司研制的专利新产品,开创了第三代通用型热电偶,性价比远远大于普通装配或铠装热电偶。

1.5 热电偶的特点
    热电偶是使用最广泛、使用量最大的测温仪表,它以其测温范围宽、准确度高、使用方便、使用寿命长、技术成熟等优点,已广泛应用于化工、冶金、电力、机械、建材等各行各业中,在一定的温度范围内对气体(如烘箱),液体(如油槽)、固体(如金属模具)等的温度进行自动检测。总结其使用特点如下:
1)结构简单,制造容易,安装使用方便,价格便宜。
2)将温度信号转换成电势信号进行检测,能满足远距离测量和控制的要求。
3)测温范围宽(-200—2300℃)。
4)直接测温准确度高(测量准确度可达0.2℃)。
5)惰性小,测量响应时间快。
6)能适应各种测量对象的要求,如点温和面温的测量。
7)要求保持参比端温度恒定。
8)要求用补偿导线连接热电偶与显示控制仪表
9)容易受介质的影响或腐蚀,使用寿命有限。

1.6  热电偶的在测温系统中的作用
    热电偶将感应到的温度信号根据热电效应转变成毫伏信号,再经补偿导线传送到温度显示(控制)仪表,经过显示仪表的转换电路将热电偶感应到的温度毫伏信号以摄氏度的形式直观地显示出来,而不是显示毫伏值,所以热电偶阻又叫温度传感器或一次测温仪表。为了将温度信号引入高一级的控制系统,有时在使用过程中还需将毫伏信号转变成标准的电流信号(即温度变送器),以适应多台表共用一个信号和实现各种控制目的。
    经过170多年的发展,热电偶测温技术已相当成熟。从技术上分析,热电偶可以解决所有的直接测温问题,只是用在2000℃左右的高温测试中因为成本太高而被间接测温仪表部分代替,用在0—600℃范围内因为精度略低而被热电阻部分代替,还有在0—600℃范围内要求现场显示同时不需供电和远传的场合用双金属温度计和压力式温度计以及玻璃温度计部分代替。

1.7 热电偶的测温精度

1.7.1 允许偏差
    允许偏差又称“允差”或“测温精度”,指具体一支热电偶的热电特性与该类热电偶的标准分度表的符合程度。从理论上讲没有材质、组织结构、加工状态完全相同的两支热电偶,所以任何一支热电偶都与标准分度表有偏差,任何一支热电偶的两次测试结果也不一致,都只能在一定程度上符合标准分度表。根据符合程度或偏差的大小把热电偶分为三级,下表给出的两种计算方法,取计算结果较大的一种作为允许偏差的标准值。如K型Ⅱ级精度300℃的允差为±2.5℃而不是±2.25℃(300x0.75%=2.25)。

1.7.2 稳定性
    稳定性指热电偶随着使用时间的延长其热电特性的变化程度,是反映热电偶使用寿命的重要指标,是一项破坏性试验要求,只在产品型式试验时才做。具体规定为:在热电偶的长期使用的上限温度维持250小时后,热电动势的变化量不超过测量精度全部偏差量的50%。如N型Ⅱ级精度的稳定性要求指标为:在1200℃维持250小时后,该热电偶试验前后热电势的变化量应小于9℃(1200x0.75%)。
性能
分度号
允许偏差
稳定性
K
±1.5
或0.4% t
±2.5
或0.75% t
±2.5
或1.5% t
(-200~ -40)
在长期使用的上限温度维持250h后的变化量≤0.4%t
在长期使用的上限温度维持250h后的变化量≤0.75%t
N
E
J
T
±0.5
或0.4%t
±1.0
或0.75%t
±1.0
或1.5%t
≤1.4
350℃/250h
≤2.6
350℃/250h
S
±1或
±(1+(t-1100)x0.3%)
±1.5
或0.25%t
≤1.9
1400/℃250h
≤3.5
1400℃/250h
R
B
±0.25% t
±4或0.5%t
≤4.25
1700℃/250h
≤8.5
1700℃/250h
W3/25
±4或1.0%t
≤21
2100℃/250h
W5/26


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发表于 2013-8-30 16:30:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 hongqk 于 2013-8-30 16:47 编辑

2、热电阻概述
2.1热电阻的工作原理
    电阻是物体最基本的物理特性之一。利用金属导体的电阻随温度的变化而变化的原理,通过测量导体的电阻值来间接获得温度值的温度计称为热电阻温度计。温度每变化1℃时的电阻值的相对变化量叫电阻温度系数,用α表示。热电阻的感温元件是用细金属丝均匀地缠绕在绝缘材料制成的骨架上而形成,所以测得的温度是感温元件整体所处位置的平均温度。根据热电阻元件的材质分为铂电阻和铜电阻等等。

2.1.1铂电阻
    铂是制作热电阻最理想的材料,其物理化学性能非常稳定,尤其抗氧化能力很强,电阻率大,工艺性好。经过精心制造的铂电阻具有很高的示值复现性(可达10-4K),优于其它所有温度计,铂电阻的电阻温度特性曲线可用下式表达:
当t在0—850℃时:    Rt=Ro(1+At+Bt2)
当t在-200—0℃时:   Rt=Ro[1+At+Bt2+C(t-100)t3]
Rt、Ro分别为t℃和0℃的电阻值,A=3.90802x10-3,B=-5.80195x10-7,C=-4.27350x10-12。

2.1.2 铜电阻
    铜也是制作热电阻较理想的材料,成本低、容易提纯、具有较高的电阻温度系数、复现性好、容易加工成绝缘的铜丝,铜电阻在-50—150℃范围内的电阻温度特性几乎是线性的,所以用来测量-50—150℃范围内的温度很有优势。铜电阻的电阻温度特性可用下式表达:
Rt=Ro(1+αt)
2.2       热电阻与热电偶的特性比较

特性项目
热电阻
热电偶
1
精度
所有常用温度计中,准确度最高,可达10-4K。
最高精度可达0.2℃
2
稳定性
在振动小而适宜的环境下,可在很长时间内保持0.1℃以下的稳定性。
在最高使用温度维持250h后,热电势变化量在4℃左右
3
灵敏度
灵敏度较热电偶高一个数量级,输出约0.4Ω/℃,如果通过电流2mA,则电压输出为0.8mV/℃
灵敏度较热电阻低一个数量级,输出信号在0.005—0.080mv/℃
4
温度范围
-200—850℃
测温范围宽,-200—2300℃
5
响应时间
元件尺寸较大,测面温,热响应时间较长。
测点温,响应时间快,可达0.1S
6
耐振性
细金属丝测温元件,抗机械冲击与振动性能差。
测温元件偶丝较粗易焊接,耐振性好
7
适用气氛
氧化性、中性
氧化、还原、中性、真空
8
变送显示
输出线性好,温度值可由测得的电阻值直接求出,变送显示容易
输出线性较热电阻差,显示变送容易
9
安装使用
不要参考点,不需补偿导线,
要冷端温度补偿,要补偿导线,
10
外形尺寸
最小直径到3mm,其余与热电偶相同
最小直径到0.25mm


2.3  铠装热电阻的特点
    铠装热电阻是在装配热电阻的基础上借鉴铠装热电偶的制造技术发展起来的热电阻新品种,相对于装配热电阻具有直径小、能弯曲、热响应时间快,安装使用方便等特点。由于热电阻没有耐高温腐蚀的要求,用不锈钢作保护管的铠装热电阻可以完全代替原装配热电阻,适合批量生产,成本低,而且更耐震动、密封性好、使用寿命长。近年来越来越多的厂家采用铠装热电阻作为装配热电阻的芯子来改造传统的装配热电阻。随着技术的发展和人们使用观念的进步,装配热电阻最终将被铠装热电阻完全取代。
    铠装热电阻的制造,首先是将热电阻引线(一般为纯镍丝)穿入氧化镁绝缘材料中,再一同穿入不锈钢保护管中,经过多次拉拔缩径退火而形成铠装热电阻引线(相当于铠装热电偶材料);然后将热电阻感温元件与已经下料成需要长度并剥出引线头的铠装热电阻引线对接焊接;最后与制作铠装热电偶的方法类似完成测量端、接线端和安装装置的制作。由于铠装热电阻引线电阻率较大,所以没有两线制引线,一般为三线制引线,四线制需要特别注明。铠装铜电阻由于测温较低,可用有机材料绝缘代替无机氧化镁绝缘,制作工艺与铠装铂电阻可以不同。

2.4  热电阻的结构与分类
    与热电偶分类一样,热电阻按照结构分为装配热电阻铠装热电阻两类;按测温元件铂电阻、铜电阻,以及非标准化的铁电阻、镍电阻、铟电阻、锰电阻、碳电阻等;按分度号分为Pt100、Pt10、Cu50、Cu100,以及Pt1000、Pt800、Pt500等标称电阻很大分辨率很高的铂电阻;根据用途分为标准铂电阻、耐腐蚀热电阻、耐磨热电阻、端面热电阻、电机专用热电阻等等。

    热电阻的结构仍然用“两端五部”来概括。
    从热电阻的测温原理可知,构成最基本的热电阻除了热电阻元件及引线外,仍然有测量端和参比端,也称“热端”和“冷端”,这就是所谓的“两端”。热电阻的测量端都是绝缘型。热电阻的构成仍然分五部分,热电阻元件及引线是构成热电阻的核心部分(即第一部分测温元件),其它部分都是围绕它展开;为了保证回路中电阻信号不损失,以准确传递被测温度信号,必须用绝缘材料使热电阻元件两引线之间,及其与外界之间有可靠的绝缘(即第二部分绝缘材料);为了保护绝缘材料和热电阻元件及引线,以延长热电阻的使用寿命,同样设计有第三部分保护套管;为了安装接线使用方便,适应各种使用场合,同样设计有第四部分接线装置和第五部分安装固定装置。这些就是所谓的“五部”。最基本的热电阻没有保护套管和安装固定装置(即热电阻芯)。可见,热电阻的结构除测温元件不同以外,其余与热电偶基本一致。

2.5 热电阻的测温精度
    测温精度又称允许偏差或“允差”,指具体某支热电阻的电阻温度特性与该类热电阻的标准分度表的符合程度。与热电偶一样,从理论上讲没有材质、组织结构、加工状态完全相同的两支热电阻,所以任何一支热电阻都与标准分度表有偏差,任何一支热电阻的两次测试结果也不一致,都只能在一定程度上符合标准分度表。根据符合程度或偏差的大小把热电阻分为A、B级,详见下表:
精度等级
性能            类别
A级精度
B级精度
测温允差(℃)
铂电阻
±(0.15+0.2%∣t∣)
±(0.30+0.5%∣t∣)
铜电阻
±(0.30+0.6%∣t∣)
基本误差
名义电阻R0
(℃)
Pt10
10±0.006
10±0.012
Pt100
100±0.06
100±0.12
Cu50
50±0.050
Cu100
100±0.10
电阻比W100
(R100/R0)
铂电阻
1.3850±0.0010
铜电阻
1.4280±0.0020
测温范围
(℃)
铂电阻
-200~650
-200~850
铜电阻
-50~150
备注:A级精度不适用于两线制的铂电阻;A级精度不适用于650℃以上的Pt100铂电阻;
      Pt10主要用于工作温度延伸到600℃以上的铂电阻。


2.6 热电阻的稳定性
精度等级
项目                内容
铂电阻
铜电阻
A
B
Cu50
Cu100
极限温度
在上下限分别经受250h,在0℃测得电阻的变化值或换算成温度变化值.(铜电阻:上限4h)
≤0.15℃
≤0.30℃
≤0.025Ω
≤0.05Ω
温度循环
经过0-上限-室温-下限-室温-0℃温度循环后,测得的电阻变化换算成温度变化值
热电
100℃时,改变置入深度测得的最大热电势
≤20μV
自热影响
0℃时,改变激励电流从0.03至10mA,测得电阻的增量换算成温度增量的最大值或自热影响评价值.(Pt10:0.1~30mA,铜电阻:1~5mA)
≤0.30℃
0.214(P2-P1)/△R
0.429(P2-P1)/△R
≤6.25mW/℃

2.7 热电阻的引线制式
    热电阻测量的温度是指测量端部分的热电阻元件所感应到的温度,温度的高低决定了元件电阻大小,但测量元件输出的电阻值包含了引线的电阻,所以引线电阻的大小和稳定以及处理方法直接决定了热电阻的测温精度。从热电阻的分度特性中已知,铂电阻的平均每度电阻变化率是0.385Ω/℃,铜电阻的平均每度电阻变化率是0.428Ω/℃;引线电阻不得使热电阻超出了其测温的允许偏差,两线制引线电阻不得大于0.1Ω,否则就需做技术处理以扣除引线电阻。引线电阻包含热电阻产品的引线电阻(叫内引线电阻)和热电阻产品至显示仪表之间的引线电阻(叫外引线电阻)两部分。引线方法分以下三种:

    两线制:热电阻产品只给出两根引线,测量电阻包含了引线电阻,一般引线电阻不得大于0.1Ω。两线制引线方法测量误差大,一般用于引线不长、测量精度要求不高的场合。两线制仅指热电阻产品的内引线采用两根引线,用户安装的外引线必须用三根引线。

    三线制:热电阻产品给出了三根引线,如果三根引线的电阻相等,就可以消除引线电阻对测量结果的影响,内引线和外引线都采用三根引线,这是工业生产中应用最广泛的接线方式。
如下图所示,只要三根引线的电阻相等(即R1=R2=R3),那么测温元件电阻R0就与引线电阻的大小无关并可表达为:
R0 = RAC – RAB

    四线制:热电阻产品给出了四根引线,这中方法可以完全消除引线电阻对测量结果的影响,测量精度高,一般只适用于精密测量,如标准铂电阻温度计。
如上图所示,不管四根引线的电阻R1、R2、R3、R4是否相等,测温元件电阻R0都与引线电阻的大小无关并可用下式表达:
R0 =RAD + RBC - RAB – RCD/2
根据上述公式,温度显示仪表可自动进行加减乘除运算,以准确显示被测温度。

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本帖最后由 hongqk 于 2013-8-30 16:46 编辑

3、ITS-90国际温标
3.1关于温度    温度是表征物体冷热程度的物理量。从微观上来说,温度反应了物体分子做无规则热运动的平均动能的大小。温度是最难于准确测量的一个基本物理量,它不能像长度、质量、时间等物理量那样可直接测量,但物质的物理特性都与温度有密切关系,如尺寸、体积、电导率、热电势、辐射功率等都随着温度的不同而改变,所以可通过物质的这些特性间接地获得温度值。

3.2 温度计量标准
    温标是衡量温度高低的标准尺度,是温度的数值表示方法。它是利用物质的“相平衡温度”为固定点刻在温度计上,而固定点之间的温度值则用理论推导的数学公式(又称内插方程)来表达。温度计、固定点、内插方程称为温标三要素。各种温度计的数值都是由温标决定的。

摄氏温标:
    在标准大气压下,规定水的凝固点为0度,水的沸点为100度,将这两个固定点之间等分100格,每一格称为摄氏一度,用℃表示。它是工程上应用最广泛的一种温度标准。

华氏温标:
    在标准大气压下,规定水的凝固点为32度,水的沸点为212度,将这两个固定点之间等分180格,每一格称为华氏一度,用℉表示。该温标多用于国外,与摄氏温标的换算关系为:
m=1.8n+32(℉)    —— m、n分别表示华氏温度值和摄氏温度值。

热力学温标:
    摄氏温标和华氏温标都是人为规定的,又称经验温标,水的物理性质如纯度等将影响测量的结果而且范围太窄。1848年英国科学家开尔文提出了建立在热力学第二定律基础上的与物质性质无关的纯理论性的理想温标—热力学温标,用“K”表示。1927年第七届国际计量大会把热力学温标作为国际基本温标,可以用气体温度计来复现热力学温标,但气体温度计装置复杂不适于实际应用。于是1990年各国科学家在热力学温标的基础上共同制定了国际实用温标(ITS-90),其规定的温度很接近热力学温标,仍以“K”表示。我国从1994年1月1日起全面实行ITS-90国际温标。

3.3 ITS-90国际温标
    ITS-90同时使用国际开尔文温度(T90)和国际实用摄氏温度(t90),单位分别是K和℃,换算公式为:t90 = T90 - 273.15。ITS-90国际温标对各温度范围的内插公式分得很细(略),可跨范围或交迭使用,应用内插公式可计算出任何两个相邻固定点之间的温度值。

国际温标固定点:

T90(K)
t90(℃)
物质
状态
Wr(T90)
1
3~5
-270.15~-268.15
He
V蒸汽压力点

2
13.8033
-259.3467
e-H2
T三相点
0.00119007
3
17
-256.15
e-H2或He
V或G

4
20.3
-252.85
e-H2或He
V或G

5
24.5561
-248.5939
Ne
T
0.00844974
6
54.3584
-218.7916
O2
T
0.09171804
7
83.8058
-189.3442
Ar
T
0.21585975
8
234.3156-38.8344HgT0.84414211
9
273.16
0.01
H2O
T
1.00000000
10
302.9146
29.7646
Ga
M(熔点)
1.11813889
11
429.7485
156.5985
In
F(凝固点)
1.60980185
12
505.078
231.928
Sn
F
1.89279768
13
992.677
419.527
Zn
F
2.56891730
14
933.473
660.323
Al
F
3.37600860
15
1234.93
961.78
Ag
F
4.28642053
16
1337.33
1064.18
Au
F

17
1357.77
1084.62
Cu
F


ITS-90标准仪器:
    蒸汽压温度计(3He、4He):0.65~5.0K;    定容气体温度计(3He、4He):3.0~24.5561K;
    铂电阻温度计:13.8033K~961.78℃;        光学或光电温度计:961.78℃以上。

3.4  温度标准的传递
    ITS-90国际温标是最高温度标准。我国根据ITS-90建立起的温度标准叫国家基准,保存在中国计量科学研究院;各省市根据国家基准建立起的地方标准定期与国家基准比对,以保证标准传递的可靠性和本地区测温标准的统一;各制造温度计的企业根据省市标准建立起自己的计量标准,并每年向省市法定计量标准机构作比对,以保证出厂温度计产品计量准确;各使用温度计的企业要购买有温度计标准证和温度计制造许可证的企业生产的温度计产品,并每年送当地法定计量检定机构或原制造企业检定一次。

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发表于 2013-8-30 16:39:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 hongqk 于 2013-8-30 16:45 编辑

4、热电偶用补偿导线
4.1 概述
在包括常温在内的适当温度范围内(一般为-20~200℃),具有与所连接的热电偶的热电特性相同的一对相互绝缘的导线,其作用是补偿热电偶接线端至显示控制仪表之间的温差所产生的热电势,叫该类热电偶的补偿导线。根据热电偶的连接导体定律可知:使用补偿导线连接热电偶至显示控制仪表,与热电偶直接连接到显示控制仪表,其总热电势或显示值是一样的。为了降低使用成本,方便安装,同时保证热电偶的测温精度,使用补偿导线具有重要意义。使用普通电线电缆或与热电偶的分度号不一致的补偿导线都是不允许的。

补偿导线是热电偶的附属产品,由于其生产工艺与制作热电偶有太大差别,现已形成较为独立的产品系列。国家于1985年制定补偿导线标准,于1994年进行修订,现在执行GB/T4989-1994《热电偶用补偿导线》、JB/T7495-1994《热电偶用补偿电缆》和JB/T9496-1999《钨铼热电偶用补偿导线》。补偿导线根据线芯材质分为延长型和补偿型,根据使用温度分为普通型和耐热型,根据补偿精度分为普通级和精密级。

延长型:补偿导线线芯材质的名义化学成分及其热电特性与所配用的热电偶相同,因此延长型补偿导线的补偿精度高,使用温度范围宽,当然价格也较高。
补偿型:补偿导线线芯材质的名义化学成分与所配用的热电偶不同,但在0~200℃温度范围内,其热电特性与所配用的热电偶相同。其补偿精度比延长型低,价格便宜。
普通型:用聚氯乙烯作绝缘和包覆材料,一般与补偿型导线线芯配合,使用温度0~100℃。
耐热型:用聚四氟乙烯或玻璃纤维等作绝缘和包覆材料,一般与延长型导线线芯配合,使用温度-20~200℃。

4.2 补偿导线线芯材质
适用分度号
补偿导线型号
正  极
负  极
代号
材质
代号
材质
S
SC
SPC
Cu
SNC
CuNi0.6
R
RC
RPC
Cu
RNC
CuNi0.6
 
K
 
KCA
KPCA
Fe
KNCA
CuNi22
KCB
KPCB
Cu
KNCB
CuNi40
KX
KPX
NiCr10
KNX
NiSi3
N
NC
NPC
Fe
NNC
CuN18
NX
NPX
NiCr14Si
NNX
NiSi4
E
EX
EPX
NiCr10
ENX
CuNi45
J
JX
JPX
Fe
JNX
CuNi45
T
TX
TPX
Cu
TNX
CuNi45
B
BC
BPC
Cu
BNC
Cu
W3/25
WC3/25
WPC3/25
Cu
WNC3/25
CuNi
W5/26
WC5/26
WPC5/26
Cu
WNC5/26
CuNi


4.3 补偿导线规格及结构尺寸
分类
标称截面
mm2
单股线芯
直径
多股根数/
每根直径
绝缘层厚度mm
护套层厚度mm
最大直径mm
单股型
多股型
G
0.2
0.52
7/0.20
0.4
0.7
3.0×4.7
3.1×4.8
0.5
0.8
7/0.30
0.5
0.8
3.7×6.4
3.9×6.6
1.0
1.13
7/0.43
0.7
1.0
5.0×7.7
5.1×8.0
1.5
1.37
7/0.52
0.7
1.0
5.2×8.3
5.5×8.7
2.5
1.76
19/0.41
0.7
1.0
5.7×9.3
5.9×9.8
H
0.2
0.52
7/0.20
0.4
0.3
2.3×4.0
2.4×4.2
0.5
0.80
7/0.30
0.4
0.3
2.6×4.6
2.8×4.8
1.0
1.13
7/0.43
0.4
0.3
3.0×5.3
3.1×5.6
1.5
1.37
7/0.52
0.4
0.3
3.2×5.8
3.4×6.2
2.5
1.76
19/0.41
0.4
0.3
3.6×6.7
4.0×7.3

注:如加屏蔽层,则导线最大外径增大值不得大于1.6mm

4.4  补偿导线使用温度及热电势允差
热电偶
分度号
补偿导线型号
耐温
类型
使用温度℃
检定温度℃
热电势µV
允差±µV
精密级
普通级
S或R
SC或RC
G
0~100
100
645
30(2.5℃)
60(5.0℃)
H
0~200
200
1440
60
K
KCA
G
0~100
100
4095
60(1.5℃)
100(2.5℃)
H
0~200
200
8137
60
100
KCB
G
0-100
100
4095
60
100
KX
G
-20~100
100
4095
60
100
H
-25~200
200
8137
60
100
N
NC
G
0~100
100
2774
60(1.5℃)
100(2.5℃)
H
0~200
200
5912
60
100
NX
G
-20~100
100
2774
60
100
H
-25~200
200
5912
100
100
E
EX
G
-20~100
100
6317
120(1.5℃)
200(2.5℃)
H
-25~200
200
13419
120
200
J
JX
G
-20~100
100
5268
85(1.5℃)
140(2.5℃)
H
-25~200
200
10777
85
140
T
TX
G
-20~100
100
4227
30(0.5℃)
60(1.0℃)
H
-25~200
200
9286
48(1.0℃)
90(1.5℃)
W3/25
WC3/25
G
0~100
100
1145
26(1.5℃)
45(2.5℃)
H
0~200
200
2602
26
45
W5/26
WC5/26
G
0~100
100
1451
30(1.5℃)
49(2.5℃)
H
0~200
200
3089
30
49


4.5  补偿导线的着色
型号
SC/RC
KCA
KCB
KX
NC
NX
EX
JX
TX
BC
W3/25
W5/26
负极
绿
浅灰
正极
红色
护套
普通级B
精密级S
普通型G:灰
耐热型H:黄

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5、热电偶的冷端温度补偿
5.1 冷端温度补偿
根据热电偶工作原理,对于一定材料的热电偶,其热电势的大小与冷端和热端的温度有关,只有当冷端温度固定,热电势才与热端温度成一一对应关系(即单值函数)。标准分度表是在规定冷端温度为0℃的情况给出的,而实际使用热电偶时,冷端温度不可能固定在0℃,因此在实际使用热电偶时必须对冷端温度加以技术处理,以补偿热电偶的环境温度至0℃之间的热电势,这一过程方法称为热电偶的冷端温度补偿。以下分别介绍四种冷端温度补偿方法。

5.2 使用冰点器
将热电偶的正负极分别与铜导线连接,并把连接点置入冰点器(盛有冰水混合物的容器)中,再将铜导线与显示仪表或电位差计连接,根据连接导体定律和均质导体定律可知,这时测得的热电动势就是热电偶的总电势,反应的温度就是测量端的真实温度。这种方法较复杂但准确度高,多用于计量部门和实验室中的精确测量。

5.3 使用补偿导线
热电偶在实际应用中,一般冷端都距测温点很近,冷端温度受热端温度变化的影响较大,冷端温度不稳定就无法进行补偿,热电偶做得太长又不经济。根据连接导体定律可知,用补偿导线连接热电偶与显示仪表就相当于将热电偶的冷端延长到了温度相对稳定的控制室或仪表柜中,再进行补偿就很容易了。

5.4 显示仪表补偿
将热电偶的正负极直接用补偿导线引入到显示仪表中,在室温时冷端热端温度相等没有热电势输出,显示仪表一般显示为0℃。如果将显示仪表的零位设置为当前的环境温度,就补偿了热电偶从0℃到当前的环境温度这一段的热电势。现在显示控制仪表内部都设计有自动温度补偿装置,具体补偿的温度将由内置电阻测得当前的环境温度自动加进温度显示回路中。
采用显示仪表补偿时一定要用补偿导线把热电偶的冷端引到温度相对稳定的控制室或仪表柜中。这是工业生产中使用最广泛的热电偶冷端温度补偿方法。

5.5 计算校正
热电偶输出的热电势实际上是热端温度对应的电势值减去冷端温度对应的电势值之差。如果冷端温度恒定可测(一般采用补偿导线将冷端引到了温度相对稳定的控制室或仪表柜中),那么实际应用中就可以通过显示仪表修正或计算修正两种方法进行冷端温度补偿,而不需采用复杂的冰点器。计算举例如下:
用S型热电偶测电炉温度,用S型补偿导线连接热电偶和电位差计,电位差计测得热电势为9.902mv,电位差计所处位置的环境温度为22℃,那么热电偶此时测得的电炉的实际温度为:
E(t,0) = E(t,22)+ E(22,0)= 9.902 + 0.125 = 10.027mv
查S型分度表可知:22℃对应的热电势为0.125mv,10.027mv对应的温度值为1038.2℃,1038.2℃就是热电偶此时测得的电炉的实际温度。如果不进行补偿,9.902mv对应的温度值为1027.4℃,相差10.8℃。
实际应用中,要根据热电偶的测温原理及定律,灵活运用热电偶冷端补偿方法。根据现场条件决定采用哪种补偿方法,有时还要同时采用两种补偿方法。注意不要把冷端温度简单地加进显示温度中,而要换算成电势值进行计算,最后再查分度表换算回温度值。

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Pt100 型铂热电阻分度表
温度℃
电阻值(Ω) (JJG 229-87)R0=100.00Ω
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-200
18.49
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-190
22.80
22.37
21.94
21.51
21.08
20.65
20.22
19.79
19.36
18.93
-180
27.08
26.65
26.23
25.80
25.37
24.94
24.52
24.09
23.66
23.23
-170
31.32
30.90
30.47
30.05
29.63
29.20
28.78
28.35
27.93
27.50
-160
35.53
35.11
34.69
34.27
33.85
33.43
33.01
32.59
32.16
31.74
-150
39.71
39.30
38.88
38.46
38.04
37.63
37.21
36.79
36.37
35.95
-140
43.87
43.45
43.04
42.63
42.21
41.79
41.38
40.96
40.55
40.13
-130
48.00
47.59
47.18
46.76
46.35
45.94
45.52
45.11
44.70
44.28
-120
52.11
51.70
51.20
50.88
50.47
50.06
49.64
49.23
48.82
48.41
-110
56.19
55.78
55.38
54.97
54.56
54.15
53.74
53.33
52.92
52.52
-100
60.25
59.85
59.44
59.04
58.63
58.22
57.82
57.41
57.00
56.60
-90
64.30
63.90
63.49
63.09
62.68
62.28
61.87
61.47
61.06
60.66
-80
68.33
67.92
67.52
67.12
66.72
66.31
65.91
65.51
65.11
64.70
-70
72.33
71.93
71.53
71.13
70.73
70.33
69.93
69.53
69.13
68.73
-60
76.33
75.93
75.53
75.13
74.73
74.33
73.93
73.53
73.13
72.73
-50
80.31
79.91
79.51
79.11
78.72
78.32
77.92
77.52
77.13
76.73
-40
84.27
83.88
83.48
83.08
82.69
82.29
81.89
81.50
81.10
80.70
-30
88.22
87.83
87.43
87.04
86.64
86.25
85.85
85.46
85.06
84.67
-20
92.16
91.77
91.37
90.98
90.59
90.19
89.80
89.40
89.01
88.62
-10
96.09
95.69
95.30
94.91
94.52
94.12
93.75
93.34
92.95
92.55
-0
100.00
99.61
99.22
98.83
98.44
98.04
97.65
97.26
96.87
96.48
温度℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
100.00
100.39
100.78
101.17
101.56
101.95
102.34
102.73
103.12
103.51
10
103.90
104.29
104.68
105.07
105.46
105.85
106.24
106.63
107.02
107.40
20
107.79
108.18
108.57
108.96
109.35
109.73
110.12
110.51
110.90
111.28
30
111.67
112.06
112.45
112.83
113.22
113.61
113.99
114.38
114.77
115.15
40
115.54
115.93
116.31
116.70
117.08
117.47
117.85
118.24
118.62
119.01
50
119.40
119.78
120.16
120.55
120.93
121.32
121.70
122.09
122.47
122.86
60
123.24
123.62
124.01
124.39
124.77
125.16
125.54
125.92
126.31
126.69
70
127.07
127.45
127.84
128.22
128.60
128.98
129.37
129.75
130.13
130.51
80
130.89
131.27
131.66
132.04
132.42
132.80
133.18
133.56
133.94
134.32
90
134.70
135.08
135.46
135.84
136.22
136.60
136.98
137.36
137.74
138.12
100
138.50
138.88
139.26
139.64
140.02
140.39
140.77
141.15
141.53
141.91
110
142.29
142.66
143.04
143.42
143.80
144.17
144.55
144.93
145.31
145.68
120
146.06
146.44
146.81
147.19
147.57
147.94
148.32
148.70
149.07
149.45
130
149.82
150.20
150.57
150.95
151.33
151.70
152.08
152.45
152.83
153.20
140
153.58
153.95
154.32
154.70
155.07
155.45
155.82
156.19
156.57
156.94
150
157.31
157.69
158.06
158.43
158.81
159.18
159.55
159.93
160.30
160.67
160
161.04
161.42
161.79
162.16
162.53
162.90
163.27
163.65
164.02
164.39
170
164.76
165.13
165.50
165.87
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[LV.Master]伴坛终老

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发表于 2013-8-30 17:50:54 | 显示全部楼层
热电偶介绍
1. B型热电偶
介绍:镍铬硅-镍硅 热电偶 (N型热电偶)为廉金属热电偶,是一种最新国际标准化的热电偶,是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了K型热电偶的两个重要缺点:K型热电偶在300~500℃间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定;800℃左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。正极(NP)的名义化学成分为:Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4,负极(NN)的名义化学成分为:Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1,其使用温度为-200~1300℃。N型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜,不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶.N型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛中。
B型热电偶为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(BP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为30%,含铂为70%,负极(BN)为铂铑合金,含铑为量6%,故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃,短期最高使用温度为1800℃。B型热电偶实际就是分度号为B的双铂铑热电偶,它可以测量0~1800℃的介质的温度,在1300~1600℃可以长期使用。是高温测量的最佳热电偶。
特点:B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长,测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中,也可短期用于真空中,但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿,因为在0~50℃范围内热电势小于3μV
缺点:B型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏度低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。
2. S型热电偶
介绍:铂铑10-铂热电偶(S型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(SP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为10%,含铂为90%,负极(SN)为纯铂,故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点。它的物理,化学性能良好,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好,适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能,符合国际使用温标的S型热电偶,长期以来曾作为国际温标的内插仪器,“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器,但国际温度咨询委员会(CCT)认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。
S型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏读低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。S型热电偶又叫单铂铑热电偶,它的分度号是S分度号,主要测量0~1600℃的介质的温度,是贵金属热电偶的一个范畴。正常使用在焦化厂、钢厂等高温使用的场合。
S型热电偶在正常长期使用温度为800~1300℃左右时测量的精度最高,而在800℃以内的测温准确度不高,而长期使用温度在1300℃以上就很容易损坏热电偶,因此选择正确分度号的热电偶是保证温度测量准确度的重要因素。
3. K型热电偶
介绍:K型热电偶作为一种温度传感器,K型热电偶通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。
K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。
K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶,其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2~4.0mm。
正极(KP)的名义化学成分为:Ni:Cr=92:12,负极(KN)的名义化学成分为:Ni:Si=99:3,其使用温度为-200~1300℃。
K型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜等优点,能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。
K型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛.
4. R型热电偶
介绍:铂铑13-铂(R型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(RP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为13%,含铂为87%,负极(RN)为纯铂,长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。
特点:R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点。其物理,化学性能良好,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好,适用于氧化性和惰性气氛中。由于R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当,在我国一直难于推广,除在进口设备上的测温有所应用外,国内测温很少采用。1967年至1971年间,英国NPL,美国NBS和加拿大NRC三大研究机构进行了一项合作研究,其结果表明,R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶均好,我国目前尚未开展这方面的研究。
缺点:R型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏度低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。
5.E型热电偶
E型热电偶是一种廉金属的热电偶,正极(EP)为:镍铬10合金,化学成分与KP相同,负极(EN)为铜镍合金,名义化学成分为:55%的铜,45%的镍以及少量的锰,钴,铁等元素。该热电偶的使用温度为-200~900℃
E型热电偶的特点:热电动势之大,灵敏度之高属所有热电偶之最,宜制成热电堆,测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏,宜用于湿度较高的环境。E热电偶还具有稳定性好,抗氧化性能优于铜-康铜,铁-康铜热电偶,价格便宜等优点,能用于氧化性和惰性气氛中,广泛为采用。
E型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性气氛中,热电势均匀性较差。

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