K型熱電偶:介紹,測溫原理,特點,綜述,時間常數,分度表,產品資料,回響時間測量,

K型熱電偶是一種溫度感測器，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型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。

基本介紹

中文名：熱電偶
外文名：thermocouple

介紹,測溫原理,特點,綜述,時間常數,分度表,產品資料,回響時間測量,四大定律,均質導體定律,中間導體定律,中間溫度定律,參考電極定律,

介紹

K型熱電偶作為一種溫度感測器，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產中從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1.2mm～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，能用於氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所採用。

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

測溫原理

熱電偶測溫必須由熱電偶、連線導線及顯示儀表三部分組成。下圖是最簡單的熱電偶測溫示意圖。按右圖組成的熱電偶蕊及測溫電偶絲1 ，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶迴路中就會產生熱電勢，這種物理現象就稱為熱電現象(即熱電效應)。在熱電偶迴路中產生的電勢由溫差電勢和接觸電勢兩部分組成。接觸電勢：它是兩種電子密度不同的導體相互接觸時產生的一種熱電勢。當兩種不同的導體A和B相接觸時，假設導體A和B的電子密度分別為Na和Nb並且Na>Nb，則在兩導體的接觸面上，電子在兩個方向的擴散率就不相同，由導體A擴散到導體B的電子數比從B擴散到A的電子數要多。導體A失去電子而顯正電，導體B獲得電子而顯負電。因此，在A、B兩導體的接觸面上便形成一個由A到B的靜電場，這個電場將阻礙擴散運動的繼續進行，同時加速電子向相反方向運動，使從B到A的電子數增多，最後達到動態平衡狀態。此時A、B之間也形成一電位差，這個電位差稱為接觸電勢。此電勢只與兩種導體的性質相接觸點的溫度有關，當兩種導體的材料一定，接觸電勢僅與其接點溫度有關。溫度越高，導體中的電子就越活躍，由A導體擴散到B導體的電子就越多，接觸面處所產生的電動勢就越大，即接觸電勢越大。

特點

綜述

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-錸）。

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，選用相應分度號的熱電偶

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，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高於1800℃一般選用鎢錸熱電偶；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，低於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。

測量範圍及允許誤差範圍

熱電偶類別	代號	分度號	測量範圍	基本誤差限
鎳鉻－康銅	WRK	E	0－800℃	±0.75%t
鎳鉻－鎳矽	WRN	K	0－1300℃	±0.75%t

註：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。這樣將1產生的溫差熱電勢通過連線導線2在顯示儀表3中顯示出來。

時間常數

熱惰性級別	時間常數（秒）	熱惰性級別	時間常數（秒）
Ⅰ	90－180	Ⅲ	10－30
Ⅱ	30－90	Ⅳ	<10

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態外壓而破裂。

熱電偶最小插入深度：應不小於其保護套管外徑的8－10倍（特列產品例外）

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型熱電偶在高溫下，其熱電極（包括雙支式）與保護管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻（按每米計）應大於下表規定的值。

規定的長時間使用溫度（℃）	試驗溫度（℃）	絕緣電阻值（Ω）
≥600	600	72000
≥ 800	800	25000
≥1000	1000	5000

分度表

溫度單位：℃ 電壓單位：mV) 參考溫度點：0℃(冰點)

溫度	0	-10	-20	-30	-40	-50	-60	-70	-80	-90	-95	-100
-200	-5.8914	-6.0346	-6.1584	-6.2618	-6.3438	-6.4036	-6.4411	-6.4577
-100	-3.5536	-3.8523	-4.1382	-4.4106	-4.669	-4.9127	-5.1412	-5.354	-5.5503	-5.7297	-5.8128	-5.8914
0	0	-0.3919	-0.7775	-1.1561	-1.5269	-1.8894	-2.2428	-2.5866	-2.9201	-3.2427	-3.3996	-3.5536
溫度	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	100
0	0	0.3969	0.7981	1.2033	1.6118	2.0231	2.4365	2.8512	3.2666	3.6819	3.8892	4.0962
100	4.0962	4.5091	4.9199	5.3284	5.7345	6.1383	6.5402	6.9406	7.34	7.7391	7.9387	8.1385
200	8.1385	8.5386	8.9399	9.3427	9.7472	10.1534	10.5613	10.9709	11.3821	11.7947	12.0015	12.2086
300	12.2086	12.6236	13.0396	13.4566	13.8745	14.2931	14.7126	15.1327	15.5536	15.975	16.186	16.3971
400	16.3971	16.8198	17.2431	17.6669	18.0911	18.5158	18.9409	19.3663	19.7921	20.2181	20.4312	20.6443
500	20.6443	21.0706	21.4971	21.9236	22.35	22.7764	23.2027	23.6288	24.0547	24.4802	24.6929	24.9055
600	24.9055	25.3303	25.7547	26.1786	26.602	27.0249	27.4471	27.8686	28.2895	28.7096	28.9194	29.129
700	29.129	29.5476	29.9653	30.3822	30.7983	31.2135	31.6277	32.041	32.4534	32.8649	33.0703	33.2754
800	33.2754	33.6849	34.0934	34.501	34.9075	35.3131	35.7177	36.1212	36.5238	36.9254	37.1258	37.3259
900	37.3259	37.7255	38.124	38.5215	38.918	39.3135	39.708	40.1015	40.4939	40.8853	41.0806	41.2756
1000	41.2756	41.6649	42.0531	42.4403	42.8263	43.2112	43.5951	43.9777	44.3593	44.7396	44.9293	45.1187
1100	45.1187	45.4966	45.8733	46.2487	46.6227	46.9955	47.3668	47.7368	48.1054	48.4726	48.6556	48.8382
1200	48.8382	49.2024	49.5651	49.9263	50.2858	50.6439	51.0003	51.3552	51.7085	52.0602	52.2354	52.4103
1300	52.4103	52.7588	53.1058	53.4512	53.7952	54.1377	54.4788	54.8186

產品資料

K型熱電偶選型資料

W	R				規格		內容
		N					鎳鉻-鎳矽 K
		K					鎳鉻-銅鎳（鎳鉻-康銅）E
				1			無固定式裝置式
				2			固定螺紋式
			-	3			活動式法蘭
				4			固定法蘭式
				5			活動法蘭角尺形式
				6			固定螺紋錐形保護管式
					2		防濺式
					3		防水式
					4		隔爆式
						0	16mm金屬保護管
						1	20mm金屬保護管
				安裝固定形式	接線盒形式	2	16mm瓷保護管
						3	20mm瓷保護管
						4	25mm瓷保護管
W	R	□	-	□	□	□

ITS-90國際溫度標準(JIS C 1602-1995,ASTM E230-1996,IEC 584-1-1995)

熱電偶安裝注意點

(1)熱電偶應儘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，應使用同型號的補償導線，且正負要接對。

(3)測量管道內溫度時，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，開孔尺寸要合適，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。一般測量溫度大於100℃時，應選擇熱電偶，小於100℃時選擇熱電阻。

(7)接線要合理美觀，錶針指示要正確。

回響時間測量

測量K型熱電偶的熱回響時間實際上是比較複雜的，不同的試驗條件會產生不同的測量結果，這是由於受周圍介質的換熱率影響，換熱率高，則熱回響時間就短。
為了使熱電偶的熱回響時間具有可比性，國家標準規定：熱回響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℃的範圍內，溫度階躍值為40-50℃。在試驗過程中，水的溫度變化應不大於溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設計的置入深度。
由於熱電偶在室溫附近熱電勢很小，熱回響時間不容易測出，因此國家標準規定可採用同規格的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於溫度階躍變化50%的時間T0.5，必要時可記錄變化10%的熱回響時間T0.1和變化90%的熱回響時間T0.9。所記錄的熱回響時間，應是同一試驗至少三次測試結果的平均值，每次測量結果對於平均值的偏離應在±10%以內。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）兩端焊接組成閉合迴路，無論導體截面如何以及溫度如何分布，將不產生接觸電勢，溫差電勢相抵消，迴路中總電勢為零。

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，由於溫度梯存在，將會產生附加熱電勢。

中間導體定律

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

套用：依據中間導體定律，在熱電偶實際測溫套用中，常採用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經連線導線與顯示儀表連線構成測溫系統。

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

中間溫度定律

熱電偶迴路兩接點（溫度為T、T0）間的熱電勢，等於熱電偶在溫度為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。

套用：由於熱電偶E-T之間通常呈非線性關係，當冷端溫度不為0攝氏度時，不能利用已知迴路實際熱電勢E（t，t0)直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知迴路實際熱電勢E（t，t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，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，一般生產、使用環節的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標準電極，假設鎳鉻-鎳鉻熱電偶的正負極分別和標準電極配對，他們的值相加是等於這支鎳鉻-鎳鉻的值。

K型熱電偶