常见的几种热电偶

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第176页（3506字）

热电偶和热电阻一样，在工业和科学中使用极其广泛，是最常用的直接测温方法之一。热电偶种类繁多，具有测温范围宽广(－272～3000℃)，结构简单、体积小、响应快和灵敏度高等优点。标准铂－10%铑／铂热电偶曾是国际实用温标(IPTS－68)在630．74～1064．43℃温区的指定内插仪器。

常见的热电偶有300多种，近年来又有新的热电偶出现。标准化的热电偶有八种，具有热电偶和温度的对应分度表。这八种热电偶的型号是T、E、J、K、N、S、R和B型，如表4．4－2所示。表中给出电极抗氧化能力强、材料熔点高、耐高温、稳定性好，是精密测温中较常用的热电偶。

表4．4－2 标准化热电偶的组分和字母标志的说明

S型热电偶是最精密和最常用的热电偶，曾用它复现IPTS－68(630－1064℃)。其内插公式为：

E=a+bt+ct² (4．4－6)

式中：a、b、c是根据标准铂电阻温度计在630．74±0．2℃，及银、金凝固点所测得的电势E来计算得到的。

由于S型热电偶丝材料的不均匀性及铂铑丝的不稳定性，国际公认S型热电偶的准确度不能高于±0．2℃。因此ITS－90取消了S型热电偶作为复现温标的内插仪器。但它在精密及工业测温中的重要地位是不能忽视的。ITS－90实施后，七国实验室(美国NIST、意大利IMGC、韩国KRISS、英国NPL、日本NRLM、俄罗斯VNIM和荷兰VSL)对S、R、B型热电偶做了大量的研究工作，并给出参考函数，作为国际电工委员会(IEC)颁布新分度表的依据。

铂铑10－铂热电偶(S型热电偶)的正热电极(SP)的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑10%；负极(SN)是99．99%的商用纯铂。铑的含量实际为10．00±0．05%(按质量)。铂中杂质少于10^－4。

S型热电偶在热电偶系列中准确度最高，常用于科学研究和测量准确度要求比较高的生产过程中。S型热电偶的物理、化学性能良好，热电势稳定性和在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。

S型热电偶也存在－些缺陷。例如，热电势偏小，热电势率也比较小，因而灵敏度低。此外，金属材料的价格也昂贵。

在高温下，如果连续使用这类热电偶，会导致晶体生长，形成大颗粒的结晶。这样，机械强度就会下降，热电偶受到损坏。这种热电偶由于其纯度很高，所以对沾污非常敏感。受沾污的热电偶往往是铑从正极铂铑合金中向负极扩散，或有微量的铑作为氧化铑从热电偶的正极中挥发出来，导致热电势下降，引起分度特性的变化。实验证明，用单根双孔氧化铝管来隔绝电极，可消除1700℃时铑蒸气的输运现象。如果事先对绝热氧化铝管进行热处理，则杂质沾污可明显地减少。

以ITS－90为依据，所获得的S型热电偶的参考函数为：

其中E为热电势(μV)，t₉₀为ITS－90的温度(℃)；a_i为多项式中的常系数。S型热电偶的a_i分三段温区给出。其数据是根据美国NIST，NOS5热电偶实验获得。

IEC也给出R及B型的参考函数及分度表，其函数形式与式(4．4－7)相同，并给出相应的多个系数。表4．4－3给出S、R、B型热电偶的参考函数的系数a_i。R型热电偶与S型热电偶的使用温度范围相同，但比S型更稳定，且复现性更好。B型热电偶最高可使用到1820℃。

表4．4－3 S、R、B型热电偶参考函数的系数a_i

表4．4－4给出S型热电偶在固定点温度下的电势值E及对温度的一阶导数dE／dt₉₀。

表4．4－4 S型热电偶在固定点的电势值E及对温度的一阶导数dE／dt₉₀

镍铬硅／镍硅(Nicrosil／Nisil)热偶是近年来发展起来的一种很有前途的新型热电偶。

实验结果表明：该热电偶较K型热电偶使用温度高，抗氧化能力强，稳定性好，在1000℃时使用10小时，其漂移为0．1μV／h。此种热电偶已制定国际通用的标准分度表。

通常在高温下使用的另一种热电偶是钨铼热电偶。有几种钨铼热电偶的合金的组合成分：

W(钨)－26%Re(铼)／W(钨)；W(钨)－3%Re(铼)／W(钨)－25%Re(铼)；W(钨)－5%Re(铼)／W(钨)－26%Re(铼)。

钨铼热电偶需要在非氧化气氛下工作，常在中性或真空中使用，在2750℃以下具有良好的性能，短期使用上限温度为3000℃。在氧化气氛中使用时热电偶应加保护套。

低温常用的热电偶有银－0．37%金／金－0．03%铁在1－80K温区使用。铜／金－2．1%钴低温热电偶在4－300K温区使用。

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