热电偶基本知识

镍铬一银硅（镍铝）热电偶（分度号为K）该种热电偶的正极为含铭10%的银铭合金（KP）,负极为含硅3%的银硅合金（KN）。它的负极亲磁，依据此特性，用磁铁可以很方便地鉴别出热电偶的正负极。它的特点是，使用温度范围宽，高温下性能稳定，热电动势与温度的关系近似线性，价格便宜，因此，它是目前用量最大的一种热电偶。K型热电偶适于在氧化性及惰性气氛中连续使用。短期使用温度为1200℃,长期使用温度为1000℃。经过选择后优质K型热电偶可以作为标准，用以分度工作用银铭-银硅等贱金属热电偶。在这种热电偶的两极添加金属钇及镁等元素，抗氧化性能可进一步提高，最高使用温度可达到1300℃。为了充分发挥贱金属价格便宜的优点，在同一测温场所中，可多安装几支热电偶，利用其灵敏度高和热电特性近似线性的特点，达到准确测量的目的。我国已经基本上用银铭一银硅热电偶取代了银铭一银铝热电偶。国外仍然使用银铭一银铝热电偶。两种热电偶的化学成分虽然不同，但其热电特性相同，使用同一分度表。K型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶。不适宜在真空、含碳、含硫气氛及氧化与还原交替的气氛下裸丝使用。当氧分压较低时，银铭极中的铭将则优氧化（也称绿蚀），使热电动势发生很大变化。但金属气体对其影响较小。因此，多采用金属制热电偶保护管。K型热电偶有以下缺点：1、热电动势的高温稳定性较N型热电偶及贵金属热电偶差。在较高温度下，往往因氧化而损坏。在氧化性气氛中，直径3.2mm的K型热电偶，在1100℃,1200℃下经650卜左右，均超过0.75级允许误差；但N型热电偶在相同条件下，经过1000h,其热电动势的最大变化为96.6UV（2.6℃）。在1250℃下经过1000h后仍未超差。2、在250〜550℃范围内短期热循环稳定性不好，即使在同一温度点上，在升降温过程中其热电动势值也不一样，其差值可达2〜5℃。3、K型热电偶的负极，在150〜200℃范围内要发生磁性转变，致使在室温至230℃范围内，分度值往往偏离分度表，尤其在磁场中使用时，常出现与时间无关的热电动势干扰。4、长期处于高通量中子流辐照的环境下，由于负极中的Mn,Co等元素发生蜕变，使其稳定性欠佳，导致热电动势发生较大变化。K型热电偶的分度号以前为EU-2,现为K。K型热电偶丝推荐使用温度范围：直 径（mm）长期使用最高温度（℃）短期使用最高温度（℃）

0.37008000.58009000.81.090010001.21.5100011002.02.5110012003.212001300压簧式热电偶（K,PT100）压簧式热电偶（K,PT100）隔爆型热电偶（K,PT100）进口插件热电偶（K,E,耐磨热电偶（N,K,E,航插式热电偶（K,E,PT100） PT100） PT100）活动法兰热电偶（K,PT100）B,S,R,N,E,J,T,W-Re伯^30-伯铑6热电偶（分度号为B）该种热电偶是60年代发展起来的一种典型的高温热电偶。它的正极为含错30%的伯错合金（BP）负极为含错6%的伯错合金（BN）。因两极均为伯籍合金，故简称为双伯籍热电偶。该种热电偶的特点是，在室温下热电动势极小（25℃时为-2uV,50℃时为3uV）,故在测量时一般不用补偿导线，可以忽略参考端温度变化的影响。它的长期使用温度为1600℃,短期使用温度为1800℃。伯籍6合金的熔点为1820℃,限制其使用温度上限。双铂铑热电偶的电动势率较小，因此，需配备灵敏度较高的显示仪表。B型热电偶适宜在氧化性或中性气氛中使用，也可以在真空环境下短期使用，即使在还原性气氛下使用，其寿命也是R、S型热电偶的10〜20倍。因R及S型热电偶在高温下，将发生伯铑正极向负极扩散的现象，引起热电偶劣化，为了防止上述现象的发生，在伯中添加铑制成伯铑合金，不仅可以改善耐热性能，而且还可以提高合金对铂的热电动势率。当铑含量在20%以下时，伯铑合金对伯的热电动势急增，但超过此值，随铑含量的增加，变化不大，且显著硬化，加工困难。故此类合金中铑含量不能超过40%（重量比）。伯铑合金比纯铂的晶粒长度倾向小，而且，随铑含量的增多而减少，并可使热电性能更稳定，机械强度更高。因此，双伯铑热电偶在1800℃的高温测量中得到广泛应用。双伯铑热电偶的分度号以前为LL-2,现为B。钳^10-钳错热电偶（分度号为S）自1885年Le-chatelier发明伯铑10-伯铑热电偶以来，已有100多年的历史，对其性能及制造工艺曾作过详细研究。该种热电偶正极的明义成分为含铑10%的铂铑合金（代号为SP）,负为纯伯（代号为SN）。该种热电偶的特点是热电性能稳定、抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。长期使用温度为1400℃,超过此温度时，即使在空气中，纯伯丝也将因再结晶致使晶粒粗大。故长期使用温度限定在1400℃以下，短期使用温度为1600℃。在所有的热电偶中，它的准确度等级最高，通常用作标准或作为测量高温的热电偶，它的使用温度范围广、均质性及互换性好。S型热电偶的缺点是价格昂贵，电极丝直径很细（0.35〜0.5mm）,机械强度较低；与其它热电偶相比，它的热电势比较小，热电动势率平均为9uV/℃,因此需配用灵敏度高的显示仪表;该种热电偶不适合于在还原性气氛或含金属蒸气的条件下使用，尤其应避免接触有机物、铁、硅、h2及CO等等。在真空下只能短期使用。伯在不太高温度下易发生再结晶及晶粒长大现象，不仅使高温强度降低，而且容易引起污染，致使热电偶性能不稳定。伯铑10-伯热电偶的分度以前为LB-3,现为S。伯^13-伯铭热电偶（分度号为R）该种热电偶的正极为含铑的铂铑合金（RP）,负极为纯伯（RN）。同S型热电偶相比，它的热电动势率大15%左右，其它性能几乎完全相同。该种热电偶在日本产业界，作为高温热电偶用得最多，但在1981年以前的日本工业技术标准（JIS）中伯铑合金的铑含量为12.8%,同现行的R型热电偶相比，在1550℃下，其热电动势约低100UV,这点请注意。在真空、还原或含金属蒸气的条件下使

用，均要受到玷污。长期使用温度一般不应超过1400℃。刚玉管S、B、R型热电偶（直径8——25mm）$型铠装热电偶（直径3用，均要受到玷污。长期使用温度一般不应超过1400℃。刚玉管S、B、R型热电偶（直径8——25mm）——8mm）N，K，E，J，T，W-Re银铬硅一银硅热电偶（分度号为N）Nicrosil-Nisil热电偶是70年代由澳大利亚的Burley等人首先研制出来的。它是一种新型银基合金测温材料，也是国际上近20年来在贱金属热电偶合金材料研究方面取得唯一的重大成果。有可能取代其余四扎种贱金属热电偶，目前正在引起人们的高度重视。它的主要特点是，在1300℃以下，高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐射及耐低温性能也好。在-200〜1300℃范围内，有全面取代贱金属热电偶与部分代替S热电偶的趋势。N型热电偶的主要特性有以下五点：1、高温抗氧化能力强，长期稳定性好。针对K型热电偶镶铭极中Cr,Si元素择优氧化引起合金沉成分不均匀、热电动势漂移等问题，在N型热电偶的正极中增加Cr,Si含量使银铭合金的氧化模式由内氧化转变成外氧化，致使氧化反应仅在表面进行；又在负极中增添溶质元素Mg与Si,尽管Si含量增大要降低热电动势，但可使金属与氧化物间的钝化膜更加致密。并因Mg与Si择优氧化形成扩散势垒，阻止“绿蚀”现象向内部扩散，抑制进一步氧化发生。对在1200℃下经过1000h的K,N型热电偶的正极进行显微结构观察表明，K型热电偶的氧化层很厚，近1mm,而N型热电偶却几乎看不到氧化膜的成长。又因K型热电偶负极中含有Mn,虽有调整热电动势的作用，但却极大地影响了它的高温稳定性。为此，N型热电偶中不再添加Mn。因此，它的高温稳定性与使用寿命较K型热电偶明显提高。2、在250〜550℃范围内的短期热循环稳定性好。K型热电偶在上述温度范围内循环使用时，因其显微结构发生变化，形成短程有序结构（即所谓的K状态），致使其热电动势不稳定，而N型热电偶能消除此种短期不稳定性。在Ni-Cr二元合金中，Cr含量在5%〜30%的范围内，存在着原子晶格结构的有序一无序转变，但在此成分范围内，有一个很小的区域，即Cr含量为14%〜16%左右时，例如Cr含量为14.2%的银铭硅合金，将不因结构上有序一无序的转变而引起热电动势值有较大的变化。实验结果也证明，无论是经退火或时效的N型热电偶样品，在250〜550℃范围内的升降温过程中，热电动势的变化不超过10UV。3、在250〜550℃范围内抑制了磁性转变，不再出现热电动势明显地不规则变化。K型热电偶负极，约在170℃发生磁性转变，在Secheck系数与温度关系曲线上有拐点。为此，对N型热电偶的负极合金成分作了很大调整，基本上不含Mn,Al,Co元素，Si含量也有较大提高，从而抑制了新型合金的磁性转变，使其转变温度降到室温以下。因此，N型热电偶不会因磁性变化造成热电动势值偏离分度表。4、在中子辐照环境下具有良好的稳定性。在中子积分通量小于1020/cm2的条件下，K型热电偶具有良好的耐辐照能力，而N型热电偶在K型热电偶的基础上，又取消了易蜕变元素Mn,Co等，因此，N型教K热电偶具有更好的耐核辐照的能力。5、在400〜1300℃范围内，N型热电偶热电特性的线性比K型好。在400〜1300℃范围内，N型热电偶非线性误差仅占1300℃热电动势的0.4%,而K型热电偶在相同范围内的非线性误差占1300℃的1.75%,比N型热电偶大得多。当然N型热电偶与K型热电偶相比，在低温范围内（-200〜400℃）的非线性误差较大，同时材料教硬，难于加工。N型热电偶丝推荐使用温度范围:直径（mm）长期使用最高温度（℃）短期使用最高温度（℃）0.37008000.58009000.81.090010001.21.6100011002.02.5110012003.212001300

E、T、J热电偶银铭一康铜热电偶（分度号为E）E型热电偶是一种较新的热电偶，它的正极为银铭合金（EP）,负极为铜银合金（EN）,1964年被纳入美国国家标准。它的最大特点是，在常用热电偶中其热电动势率最大，即灵敏度最高。在-200℃时其热电动势率为25uV/℃,至700℃时为80uV/℃,比K型热电偶高一倍，较J型热电偶高20%左右。此种热电偶的应用不如K型广泛，但在要求灵敏度、热导率低，可容许大电阻的条件下，常常选用。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。而且在湿度大的情况下，较其它热电偶耐腐蚀。E型热电偶丝推荐使用温度范围:直 径（mm）长期使用最高温度（℃）短期使用最高温度（℃）1.24505501.65506502.05506502.56507503.2750900铜一康铜热电偶（分度号为T）T型热电偶的正极为纯铜（TP）,负极为康铜（TN,铜银合金）。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，故在氧化性气氛中使用时，一般不超过300℃。在低于-200℃以下使用时，热电动势随温度迅速下降，而且铜热电极的热导率高，在低温下易引入误差。T型热电偶在工

业上通常用来测量300℃以下的温度。它的分度以前为CK,现为T。T型热电偶丝推荐使用温度范围:直 径（mm）长期使用最高温度（℃）短期使用最高温度（℃）0.21502000.3 0.52002501.02503001.6350400铁一康铜热电偶（分度号为J）」型热电偶的正极为纯铁（JP），负极为铜银合金一康铜（JN）。它的特点是价格便宜。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及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。T型热电偶不能在高温（540℃）含硫的气氛中使用，而且，铁热电极容易生锈，因此对电极进行防锈处理是很必要的。如果使用温度超过538℃，铁极氧化速度很快，因此，在高温下连续使用时，最好选用粗的热电极丝。食品机械专用热电偶（K，手柄式热电偶（K，E，E，PT100)食品机械专用热电偶（K，手柄式热电偶（K，E，E，PT100)PT100)一体化温度变送器（K，E，PT100）J型热电偶丝推荐使用温度范围:直径（mm）长期使用最高温度（℃）短期使用最高温度（℃）0.30.53004000.81.0 1.24005001.62.05006002.53.2600750B,S,R,N,K,W-ReW-Re（鸨铼）热电偶鸨铢热电偶是1931年由Goedecke（戈德克）首先研制出来的，在60至70年代得以发展的最成功的难熔金属热电偶。鸨铢热电偶的特点是：热电极丝熔点高（3300℃）,蒸气压低，极易氧化；在非氧化性气氛中化学稳定性好。电动势大，灵敏度高，最主要还是价格便宜。1、钨铢热电偶的分类。我国列入国家标准的鸨铢热电偶有两种：A、鸨铢5-鸨铢26,它的正极名义成分为含鸨95%、铢5%,负极名义成分为含鸨74%、铢26%。分度号为WRe5-WRe26,简写：W-Re5/26。B、鸨铢3-鸨铢25,它的正极名义成分为含鸨97%、铢3%,负极名义成分为含鸨75%、铢25%。分度号为WRe3-WRe25,简写：W-Re3/25。2、钨铢热电偶的使用。目前测量1600℃以上的温度，多采用非接触法，但是，该种方法的误差较大，如用接触法则能准确地测出真实温度。在高温热电偶中，贵金属热电偶价格昂贵且最高温度也只能在1800℃以下，而鸨铢热电偶不仅测温上限高，而且稳定性好，因此，鸨铢热电偶在冶金、建材、航天、航空及核能等行业都得到广泛应用。我国的鸨资源丰富，鸨铢热电偶价格便宜，可以部分取代贵金属热电偶，它是高温测试领域中很有前途的测温材料。3、使用温度。它的最高使用温度可达到2800℃,可是，在高于2300℃时，数据分散。因此，使用温度最好在2000℃左右。4、使用环境气氛。鸨铢热电偶极易氧化，适于在惰性或干燥氢气中使用，或用致密的保护管使其与氧隔绝才能使用。不能用于含碳气氛（如在含碳氢化合物的气氛中使用，温度超过1000℃即受腐蚀）。鸨或鸨铢在含碳气氛中容易生成稳定的碳化物，以致降低其灵敏度并引起脆断，在有氢气存在的情况下，会加速碳化。5、钨铢热电偶抗氧化。该问题一直是国内外学者所关注的课题，并致力于研究解决。我公司采用了国际先进制做工艺，成功研制开发了装配式高温高压W-Re热电偶，该项目1999年已评为“北京市火炬计划项目”项目编号为99353。该产品的测温范围为0〜2000℃,广泛用于冶金、焦化、