铠装热电偶的种类及结构形成
热电偶的基本原理和组成结构PPT课件
1-1997《热电偶 第1部分:分度表》 在1300~1800℃之间，要求精度又比较高时，一般选用 B 型热电偶； 热电偶型号如何选定及注意事项
在1600℃以下选用刚玉绝缘套管。 分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。 现代工艺的陶瓷烧制都是靠先进的自动化设备来进行控温。
导体中的自由电子，在 高温端具有较大的动能，因 而向低温端扩散，在导体两 端产生了电势。
单一导体温差电势示意图
热电偶回路总热电势：
EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO)
式中：
eAB(T): eB(T,TO): eAB(TO):
eA(T,TO):
热端接触电势； B导体温差电势； 冷端接触电势；
当参考端温度TO恒定时，EAB(TO)=c为常数，则总的热电势 就只与温度T有关系，即：
EAB(T,TO)=eAB(T)- c =f(T) 实际应用时可通过热电偶分度表查出温度值。分度表是 在参考端温度为00C时，通过实验建立的热电势与工作端 温度之间的数值对应关系。
eAB(TO): 冷端接触电势； 用真空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热电偶。 可见当冷端温度 t 0 恒定时， 热电偶产生的热电动势只与热端的温度有关， 即只要测得热电动势，便可确定热端的温度 t。 热电偶温度检测电路搭建 -271℃～2300℃每一个温度点上的输出电动势（参考端温度为0℃）。 导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势。 这种掌火师傅往往需要几十年才能培养出一个，这不仅需要经验的积累，更需要天赋。 1）铂铑10－铂热电偶（分度号为S，也称为单铂铑热电偶） 4）镍铬－镍硅（镍铝）热电偶（分度号为K） 这种热电偶能弯曲、耐高压、反应时间短、坚固耐用。 热电偶的基本原理和组成结构 （3）热电偶回路总热电动势的大小只与材料和接点温度有关，与热电偶的尺寸、形状无关。 单一导体温差电势示意图 铠装热电偶也称缆式热电偶，是将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再套不锈钢管等构成。 在1300~1800℃之间，要求精度又比较高时，一般选用 B 型热电偶； 如果应用对耐久性和热响应时间有较高的要求，推荐选用铠装热电偶，它具有安装简单、精度高、测量范围大、经济效益好等很多优 点。
k型铠装热电偶原理
k型铠装热电偶原理k型铠装热电偶是一种常用的温度测量装置，它利用热电效应原理来测量温度。
热电偶是一种由两种不同金属材料组成的电偶，当两种金属材料的焊点处存在温度差时，就会产生热电势差，从而实现温度的测量。
k型铠装热电偶的主要结构包括两根金属导线和一个保护套管。
其中，金属导线是由两种不同的金属材料制成，通常是铬/铝或铬/镍合金，这两种金属材料的热电特性具有较大的差异。
保护套管一般采用不锈钢材料，用于保护金属导线免受外界环境的影响。
k型铠装热电偶的工作原理是基于塞贝克效应和泰尔比电势原理。
塞贝克效应是指当两个不同金属导体形成闭合回路时，当两个焊点温度不同，就会形成一个热电势差。
泰尔比电势原理是指当两个焊点温度不同时，会在金属导线中形成一个温度梯度，从而产生一个电势差。
根据这两个原理，k型铠装热电偶可以通过测量金属导线之间的电势差来确定温度差。
k型铠装热电偶的测温范围通常在-200℃至1200℃之间，具有较高的测量精度和稳定性。
它在工业领域中被广泛应用于温度测量，特别是在高温、腐蚀性环境或易爆环境中。
由于k型铠装热电偶具有较好的线性特性和较小的测量误差，因此可以准确地反映被测温度的变化。
为了保证k型铠装热电偶的测量精度，需要注意以下几点。
首先，保护套管的材料和结构应选择合适，以防止外界环境对金属导线的影响。
其次，金属导线的材料选择应根据被测温度范围和工作环境的要求来确定。
此外，焊接质量也对热电偶的测量精度有一定影响，焊点应保持良好的接触。
在实际应用中，k型铠装热电偶可以与温度变送器、显示仪表等配套使用，形成完整的温度测量与控制系统。
温度变送器可以将热电偶产生的微弱电信号转换成标准的电信号输出，并进行放大和线性化处理，以便于后续的数据采集和处理。
显示仪表则可以将转换后的电信号进行解码和显示，以直观地反映被测温度的数值。
k型铠装热电偶是一种常用的温度测量装置，它利用热电效应原理来测量温度。
通过合理选择金属导线材料、保护套管结构和焊接工艺，可以确保热电偶的测量精度和稳定性。
本科-传感器与检测技术-热电偶
复习回顾
什么是温度？ 温度是表征物体冷热程度的物理量 微观：温度标志着物质
内部大量分子无规则运
动的剧烈程度。
身边的温度检测
温度检测
示温涂料（变色涂料） 装满热水后图案 变得清晰可辨
变色涂料在电脑中的示温作用
温度升高后变为红色 CPU散热 风扇 低温时 显示蓝色
讲授新课
用镍铬-镍硅K型热电偶测量某火炉内部温度，已 知冷端温度t0为30℃，用高准确度毫伏表测得这
时的热电动势为32.483mV，求：被测点温度t。
负极（SN）为纯铂。
长期最高使用温度为1300℃。
优点：准确度高，稳定性好，使用寿命长，物 理化学性能良好。
缺点：灵敏度低，高温下机械强度下降，贵金 属材料昂贵，因此一次性投资较大。
2. 铂铑30-铂铑6（B型）
为贵金属热电偶。 正极（ BP ）和负极（ BN ）的化学成分均为铂 铑合金，只是含量不同。 长期最高使用温度为1600℃。
热电偶：将温度信号转换成电动势输出，
是已形成系列化、标准化的一种测温传
感器。
热电偶测温的主要优点
1. 属于自发电型传感器：测量时可以不需外 加电源，可直接驱动动圈式仪表。 2. 测温范围广：下限可达-270℃ ，上限可达 1800℃以上。
3. 各温区中的各种热电偶的热电动势均符合
国际计量委员会的标准。
课堂巩固：
测量CPU散热片的温度应选用___式的热电偶； 测量锅炉烟道中的烟气温度，应选用___式的 热电偶；
测量100m深的岩石钻孔中的温度，应选用___ 式的热电偶。
小结：
本次课主要讲解了热电偶的原理、种
热电偶热电阻测温应用原理
热电偶热电阻测温应用原理热电偶测温的应用原理热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
其优点是：①测量精度高。
因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。
常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。
热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
1．热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。
当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
热电偶就是利用这一效应来工作的。
2．热电偶的种类及结构形成（1）热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3．热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。
必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。
热电偶的原理、结构、选型、常见故障及解决方法
热电偶的原理、结构、选型及常见故障和原因、解决方法等一、热电偶测温原理两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应,该电动势称为热电势。
这两种不同材料的导体或半导体的组合称为热电偶，导体A、B称为热电极。
两个接点，一个称热端，又称测量端或工作端，测温时将它置于被测介质中;另一个称冷端，又称参考端或自由端，它通过导线与显示仪表相连。
电偶体结构图接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。
两种导体接触时，自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散，在接触处失去电子一侧带正电，得到电子一侧带负电，扩散达到动平衡时，在接触面的两侧就形成稳定的接触电势。
接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。
两接点的接触电势e AB(T)和e AB（T0）可表示为式中：K——波尔兹曼常数； e——单位电荷电量；NAT、NBT和N AT0、N BT0——温度分别为T和T0时，A、B两种材料的电子密度。
温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。
同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形成接触电势。
热电偶回路中产生的总热电势为eAB(T, T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0)在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为：eAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即eAB(T,T0)=eAB(T)-c=f(T)这一关系式在实际测量中是很有用的，即只要测出eAB（T，T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。
电气自动化技术专业《热电偶材料、种类、结构、安装》
热电偶的材料、种类及结构1．热电偶材料由热电效应可知，任意两种导体〔或半导体〕都可配成热电偶，但作为实用的测温元件，用做热电极的材料应具备如下几方面的条件：热电性能稳定。
热电势与温度的对应关系不会变动，有较好的均匀性和复现性，便于大批生产和互换。
化学性能稳定，成分均匀。
不易在工作环境下氧化或〔复原〕和腐蚀，不产生蒸发现象。
有足够的灵敏度。
热电势随温度的变化率足够大。
热电势和温度是单值关系，最好为线性或者简单函数关系。
电阻温度系数小，电阻率低。
测量范围广。
要求在规定的温度测量范围内具有较高的测量精确度。
材料机械性能好，材料均匀。
满足上述条件的热电偶材料并不多。
一般来说，纯金属的容易复制，但是其热电势较小，平均为2021V/°C。
非金属材料的热电势较大，可达100 µV/°C。
但是复制性、稳定性、机械性能差因此使用受到很大限制。
合金材料介于两者之间。
因而要根据具体情况采用不同材料。
目前，我国大量生产和使用的是性能符合专业标准或国家标准并具有统一分度表的标准热电偶。
2．热电偶种类〔1〕标准型热电偶所谓标准型热电偶是指制造工艺比拟成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良而稳定并已列入工业标准化文件中的热电偶。
由于标准化文件对同一型号的标准型热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，故同一型号的标准型热电偶互换性好，具有统一的分度表，并有与其配套的显示仪表可供选用。
国际电工委员会〔IEC〕1975年向世界各国推荐了R、S、B、E、K、J、T等7种标准型热电偶。
我国从1988年1月1日起，热电偶全部按IEC国际标准生产，如表所示。
在热电偶的名称中，正极写在前面，负极写在后面。
表热电偶特性表m；用贵重金属做成的偶丝，直径一般为～ mm。
偶丝的长度由工作端插入在被测介质中的深度来决定，通常为300～2 000 mm，常用的长度为350 mm。
②绝缘管：又称绝缘子，是用于防止热电极之间及热电极与保护套之间互相短路而进行绝缘保护的零件。
热电偶介绍
eA (T , T0 ) AdT
T0
T
eA(T,T0)——导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动
势； T，T0——高低端的绝对温度； σA——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时 所产生的温差电动势，例如在0℃时，铜的σ =2μV/℃ 9 。
3. 回路总电势
由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果 T ＞ T0 ，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：
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热电偶的分度表 ——热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法 我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的 “1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。按此 标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集 成电路与之对应。
直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束 条件是：自由端（冷端）温度必须为0C。
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隔爆型热电偶外形
厚壁保护管
压铸的接线盒
电缆线
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结构特点：
隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构， 它的接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔 爆空间，机构强度较高；采用螺纹隔爆接合面，并 采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧 时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期 的防爆、隔爆效果。 使用场合： 工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中 （由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、 易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常 不安全、很容易引起环境气体爆炸）。
E
ABC BA 0 AB AB 0 AB 0
意义： 可用电器测量仪表直接测量热电势
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3、
参考电极定律
如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的 热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的 热电动势也就可知。
铠装热电偶和装配式热电偶的比较
属管中。
4、铠装热电偶与装配式热电偶比较
与装配式热电偶相比，铠装热电偶有如下特点，故而得到广泛的使用，现在，在许多场合取代了装配式热电偶。
铠装热电偶的主要特点是:
①外径可以做的很小(最小为φ0.25mm)，因此热响应时间小，反应速度快。
②具有良好的机械性能,可耐较强烈的振动和冲击。
③具有较大挠曲性能，弯曲半径为直径的2-5倍，适用于结构复杂的装置和场合。
④热电偶丝被绝缘材料及金属铠套的覆盖不易受介质的侵蚀，因而具有较长的使用寿命。
⑤可以作为感温元件装入普通热电偶保护管或温度计套管中使用。
同样，铠装热电阻也有上述特点，许多地方取代了普通装配式热电阻。
铠装热电偶材料的应用参数
1、铠装热电偶，其外径的粗细与其可使用温度有关，见表1。
表1 铠装热电偶材料的直径与使用温度
用户在选用铠装热电偶直径时，其应用场合的温度亦是考虑因素之一。
2、铠装热电偶测量端(热端)结构型式：
①接壳式：测量端与铠套外套接触(见图1)，热响应时间小，但易引入干扰。
②绝缘式：测量端与铠套外套绝缘(见图2)，热响应时间大，但不易引入干扰。
3、铠装热电偶材料直径与电阻值
这是一个昌晖仪表检验铠装热电偶的指标，见表2。
表2 铠装热电偶材料直径与电阻值。
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铠装热电偶的种类及结构形成
铠装热电偶是工业上常用的温度检测元件之一，其优点是：
①测量精度高。
因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。
常用的热电偶从-50~+1100℃均可边续测量，某些特殊热电偶可测到-269℃（如金铁镍铬）。
③构造简单，使用方便。
热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
铠装热电偶测温基本原理:
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。
当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
热电偶就是利用这一效应来工作的。
铠装热电偶的种类及结构形成:
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准热电偶按IEC国际标准生产，并指定S、R、B、K、N、E、J、T八种标准热电偶为统一设计型热电偶。
（2）热电偶的结构形式,为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3．热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端
（自由端）延伸到温度比较稳定的场所，连接到仪表端子上。
必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。
因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错。
标签:
铠装热电偶。