1.热电偶及热电阻有什么特点?

　　热电偶和热电阻作为温度传感器，通常用来与显示仪表或调节器等配套，直接测量和控制各种生产过程中从-273~+2800℃范围内的液体、蒸汽、气体介质和固体等的温度。其产量和产值都很大，约占整个温度传感器的60%左右。它们主要有以下几个特点：

　　①接触式测温，受外界影响小，测温准确可靠;

　　②可以远传，以便于集中测量、控制和调节;

　　③结构简单，维修方便，价格便宜;

　　④品种齐全，适应性强，测量范围广;

　　⑤具有统一的分度表(热电势或电阻与温度的关系特性)，便于互换和数据处理。

　　2.什么是热电偶?它的测温原理是什么?

　　两种不同成分的金属丝连接在一起，形成一个闭合回路，当两个接点的温度不同时，回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这个电动势通常就被称为热电势(俗称毫伏值或毫伏信号)。热电势是由接触电势和温差电势两个部分叠加而成的：①两种材料成分不同的热电极接触在一起，由于材料成分不同，因此内部的电子密度不同，于是在接点处产生自由电子的扩散现象，自由电子由密度大的一端的向密度小的一端扩散。在同一瞬间，由一端扩散到另一端的自由电子的数目比较多，因此一端失电子而带正电，另一端得电子而带负电，从而在接点处形成电场。由于此电场的方向和电子的扩散方向相反，它将阻止自由电子的扩散现象进一步发生。直至扩散作用和阻止其扩散作用相等时，这时就处于“动态平衡”状态。此时，接点处将产生电位差，也就是接触电势。②温差电势是由于热电极两端温度不同，存在温度梯度而产生的电势。如果热电极两端的温度不同，则电子的能量也不同，温度高的一端较温度低的一端电子能量大，这样，能量大的高温端电子，就要运动到温度低的电子能量小的一端，使得高温端失掉电子带正电，低温端得到电子带负电。与接触电势的道理一样，在某一瞬间，将达到动态平衡，于是在导体两端产生电压差，即温差电势。这两根不同的金属丝称为热电极，热电偶就是由两个热电极组成的。一端为感温部分，称为测量端;一端为连接显示仪表部分，称为参比端。如果在热电偶的参比端接上显示仪表，则当测量端温度和参比端温度不同时，显示仪表将产生读数，读数的大小与两端温差的大小相关。

　　3.如何利用热电偶测量温度?

　　⑴只有当两根热电极的材料成分不同时，才能组成热电偶;而两根材料成分相同的金属丝，不能组成热电偶。

　　⑵热电偶(偶丝材质均匀)所产生的热电势的大小，与金属丝的长度和直径无关，只与金属丝材料的成分和两端温差有关。

　　⑶当热电偶两个热电极的材料成分确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶两端的温度差有关。若参比端的温度保持一定，只要测出热电势值的大小，就间接地知道了测量端(即被测环境的)温度。这就是热电偶的测温原理。

　　4.什么是热电偶分度表?它有什么作用?

　　热电偶的热电势(俗称毫伏值或毫伏信号)与温度关系特性可以用列表法来表示，即通常所称的“分度表”。分度表是通过大量的实验，选择了在不同的温度范围内线性*好的偶丝材料，测试其热电势与温度的对应关系，并经过数据处理以后获得的。在实际工作中分度表的用处很大，知道热电偶的热电势就可以根据其大小在分度表中查出相应的温度来。与热电偶配套的显示仪表、调节器或温度变送器的线路就是根据分度表来进行设计生产的。定型产品热电偶的分度表是经过有关部门批准作为部或国家标准颁布的，成为统一的分度表，凡是按定型产品生产的热电偶，均应符合其相应的分度表。

　　5.热电偶有哪几个基本参数?它们有什么意义?

　　● 分度号是热电偶分度表的代号，在热电偶和显示仪表配套时必须注意其分度号是否一致，若不一致就不能配套使用。

　　● 测量温度范围是指热电偶可以按表一规定的允许误差进行测量的温度范围，至于热电偶的实际工作温度是与很多因素有关的。

　　● 允许误差(简称允差)是指热电偶当参比端温度为0℃时，其测量温度与热电势的关系，对于相应的分度表的偏离，应符合表一的规定。

　　● 推荐测量温度是指在这样的温度下，测量精度高，使用时间长。

　　表一 热电偶的允差等级(参比端处于0℃)

　　类 型

　　1级允差

　　2级允差

　　3级允差

　　T型(铜-康铜)

　　温度范围

　　-40℃～+125℃

　　-40℃～+133℃

　　-67℃～+40℃

　　允差值(±)

　　0.5℃

　　1℃

　　1℃

　　温度范围

　　125℃～350℃

　　133℃～350℃

　　-200℃～-67℃

　　允差值(±)

　　0.004·|t|

　　0.0075·|t|

　　0.015·|t|

　　E型(镍铬-康铜)

　　温度范围

　　-40℃～+375℃

　　-40℃～+333℃

　　-167℃～+40℃

　　允差值(±)

　　1.5℃

　　2.5℃

　　2.5℃

　　温度范围

　　375℃～800℃

　　333℃～900℃

　　-200℃～-167℃

　　允差值(±)

　　0.004·|t|

　　0.0075·|t|

　　0.015·|t|

　　J型(铁-康铜)

　　温度范围

　　-40℃～+375℃

　　-40℃～+333℃

　　----

　　允差值(±)

　　1.5℃

　　2.5℃

　　----

　　温度范围

　　375℃～750℃

　　333℃～750℃

　　----

　　允差值(±)

　　0.004·|t|

　　0.0075·|t|

　　----

　　K型(镍铬-镍硅)

　　温度范围

　　-40℃～+375℃

　　-40℃～+333℃

　　-167℃～+40℃

　　允差值(±)

　　1.5℃

　　2.5℃

　　2.5℃

　　温度范围

　　375℃～1000℃

　　333℃～1200℃

　　-200℃～-167℃

　　允差值(±)

　　0.004·|t|

　　0.0075·|t|

　　0.015·|t|

　　R型(铂铑13-铂)

　　S型(铂铑10-铂)

　　温度范围

　　0℃～1100℃

　　0℃～600℃

　　----

　　允差值(±)

　　1℃

　　1.5℃

　　----

　　温度范围

　　1100℃～1600℃

　　600℃～1600℃

　　----

　　允差值(±)

　　〔1+0.003(t-1100)〕℃

　　0.0025·|t|

　　----

　　B型(铂铑30-铂铑6)

　　温度范围

　　----

　　----

　　600℃～800℃

　　允差值(±)

　　----

　　----

　　4℃

　　温度范围

　　----

　　600℃～1700℃

　　800℃～1700℃

　　允差值(±)

　　----

　　0.0025·|t|

　　0.005·|t|

　　6.常见热电偶的性能如何?有什么特点?它们的适用范围是什么?

　　常见热电偶的性能特点和适用范围对比情况参见表二。

　　表二 热电偶性能特点和适用范围对比表

　　热电偶类型

　　(分度号)

　　性能特点

　　适用环境

　　适用温度范围

　　铜-康铜

　　( T )

　　在潮湿气氛中能耐腐蚀;适用于负温的测量;性能稳定;价格便宜。

　　适用于真空、氧化和还原或惰性气氛中。

　　主要适用于-200～300℃范围内的温度测量，此时灵敏度较高。

　　铁-康铜

　　( J )

　　适用于真空、氧化和还原或惰性气氛中;500℃以上，裸露的热电偶不应使用在含硫气氛中。

　　常用温度500℃以下，如采用粗线径偶丝，可在高温下使用较长时间。

　　镍铬-康铜

　　( E )

　　耐热和抗氧化性能好，适用于较高温度;灵敏度高，常用来做成热电堆或测量变化范围较小的温度;价格便宜。

　　适用于氧化性或惰性气氛中的温度测量;不适用于还原气氛，交替氧化与还原的气氛及真空气氛中。

　　适用于-200～800℃范围内的温度测量。

　　镍铬-镍硅

　　( K )

　　热电势与温度关系近似呈线性使显示仪表刻度均匀;灵敏度较高;稳定性和均匀性都很好;抗氧化性能好。

　　适用于氧化性或惰性气氛中的温度测量;除非加以保护或短期使用，否则不适用于以下场合：①还原性气氛或交替氧化和还原的气氛中;②含硫气氛中;③真空气氛中;④促进正极镍铬“绿-霉”腐蚀气氛中。

　　广泛应用于500～1300℃的温度测量，也适用于-40℃的氢或分解氨的气氛中,*高使用温度与偶丝直径有很大关系。

　　铂铑10-铂

　　( S )

　　铂铑13-铂

　　( R )

　　精度*高;物理、化学性能好，热电势稳定性好;高温下抗氧化性能好;灵敏度较低;价格很高。

　　适用于氧化性或惰性气氛中的温度测量;不能直接插入金属保护管;除非用非金属套管加以保护，否则不适用于以下场合：①还原性气氛;②含有金属或非金属蒸汽的气氛中。

　　适用温度1600℃以下。

　　铂铑30-铂铑6

　　( B )

　　具备铂铑10-铂热电偶的所有优点;在定型产品中测量温度*高;具有较大机械强度;精度较低;热电势小;现场使用一般不用补偿导线。

　　适用于氧化性或惰性气氛中的温度测量;可短时间适用于真空气氛中;不允许直接插入金属保护管;除非用非金属套管加以保护，否则不适用于以下场合：①还原性气氛;②含有金属或非金属蒸气的气氛中。

　　适宜于在温度为0～1800℃下连续使用。

　　8.实际应用中热电偶测量温度的四个定律是什么?它们有什么实际意义?

　　⑴均质回路定律：由材料成分相同的金属丝组成回路，若只受到温度的作用，无论金属丝的直径和长度如何，均不产生热电势，不能用来测量温度。但是根据本定律可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以测量热电极的均匀性。

　　��中间金属材料定律：在热电偶回路中接入第三种金属材料，只要这第三种金属材料两端温度相同，不管接入金属材料本身某一部分是否存在温度梯度，也不管接入金属材料在热电偶热电极之间，还是在某一热电极中间，热电偶所产生的热电势保持不变，即不受第三种金属材料接入的影响。根据这个定律，不但可以在热电偶测量温度回路中接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以允许采取任何方式来焊接。我们还可以推广到对液态金属材料和固态金属材料表面的温度测量。有时为了提高测量精度，或是为了使用的方便，并不是事先把热电偶焊接好再去测量温度，而是将金属丝直接插入液态金属或焊在固体金属表面上。用这个方法测量液态金属或固体金属表面温度，是把液态金属或固体金属看作是接入热电偶的第三种材料，只要保证金属丝插入位置的温度相等，热电偶所产生的热电势将不受任何影响。

　　⑶中间温度定律：金属丝A和B组成热电偶，C和D是连接导线，分别连接金属丝A和B，t1、t2和t3分别代表测量端、参比端和导线与仪表连接端温度。这时，如果连接导线C与金属丝A有相同的热电特性，D与B有相同的热电特性，则所测得的总热电势只受到接点温度t1和t3的影响，而与热电偶参比端的温度t2的变化无关。在实际应用中我们就是利用这个道理来使用补偿导线(即延长导线)，来消除热电偶参比端温度t2变化的影响。但是，要特别注意补偿导线的正负极不可接反，即补偿导线的正负极分别与热电偶的正负极对应连接，否则将引起误差。

　　⑷热电偶组成定律：由三种材料成分不同的金属丝A、B和C各自互相组成三对热电偶，如果金属丝AC和BC组成的热电偶所产生的热电势已知，那么金属丝AB组成的热电偶的热电势也可以知道。根据这个定律，通常将热电极C称为标准电极，它是用纯度很高，物理化学性能非常稳定的材料制成。为了确定各种材料的热电特性，须有一个对比基准，即所谓标准热电极，目前采用经过处理的纯铂丝作为标准热电极，即标准铂热电极。

　　9.对常用热电偶有那些基本要求?

　　⑴物理化学性能稳定;⑵测量温度范围宽; ⑶热电性能好;⑷电阻温度系数小;

　　⑸有良好的机械加工性能;⑹价格便宜，并尽量少用稀有及贵重金属。

　　10.什么是温度补偿法?什么是补偿导线法?它有什么优点?它的作用原理是什么?

　　由热电偶的作用原理可以知道，热电偶的热电势大小，不但与测量端的温度有关，而且与参比端的温度有关。我们使用的热电偶分度表中的热电势值，都是在参比端为0℃时的情况下给出的。如果热电偶的参比端不是0℃，那么即使测得了热电势值，也不能直接使用分度表，因此也就不能知道测量端的准确温度，即产生了测量误差。而消除这种误差的方法就是温度补偿法。补偿导线法是温度补偿法的一种，补偿导线是这样一种导线，它在温度为0～200℃范围内，其热电特性与热电偶近似相同，而且价格便宜。这种导线就叫作热电偶补偿导线，或称作延长导线。使用补偿导线的优点在于：①可以改善热电回路的机械和物理特性，如使用软的或硬而细的补偿导线，可以增加一部分回路的柔软可挠性;②补偿导线同样还可以用来调整回路的电阻值和屏蔽外界干扰;③补偿导线还可以把温度测量的信号从现场传送到集中控制室或温度恒定的场所。

　　补偿导线的作用原理是热电偶的四个定律中的中间温度定律，即当连接导线CD和热电极AB具有相同的热电特性时，补偿导线连接回路的总热电势，只与测量端和补偿导线与显示仪表的连接处的温度有关，而与热电偶参比端的温度无关。

　　11.热电偶接线盒有什么作用?共有几种类型?它们的结构特点、性能及用途分别是什么?

　　接线盒是用来固定接线座和作为连接器的装置，它起着保护感温元件免受外界气氛腐蚀和使外接导线与接线柱接触良好的作用;根据被测对象和现场环境条件及要求，除了普通型接线盒外，还设计了防溅型、防水型和接插型等接线盒。不同型式接线盒的结构特点及用途对比参见表三。

　　表三 接线盒的结构特点及用途对比表

　　接线盒类型

　　结构特点

　　用途

　　普通型

　　结构简单，并能保证接线座和保护管牢固地联结在接线盒上。

　　适用于环境条件良好，无腐蚀性气氛的场所内。

　　接插型

　　装拆方便，选用接插件制造厂的标准产品。

　　适用于干燥而有灰尘的现场。

　　防溅型

　　①接线盒的盖用两只不脱出螺钉固定在接线盒体上;②盖用链条栓住，当盖打开时，由于链条栓住，使盖不会失落;③盖与接线盒体的密封是用耐热黑色橡皮作密封圈的;④出线孔的密封是用黑色橡皮作密封圈的，然后用出线螺栓压住卡紧连接导线。

　　适用于经常有水汽溅射或较潮湿或灰尘很多的现场。

　　防水型

　　接线盒盖与接线盒体是用螺纹联结的。依靠盖和接线盒体的拧紧力，使之在整个圆周均匀地压紧用耐热黑色橡皮做成的密封圈，这样即使有严重的水汽或有害气体，也会被密封得很好的密封圈阻挡而不致渗入接线盒内部。

　　适用于经常有水喷射的现场和高空设备。

　　12.热电偶保护管的作用是什么?基本要**什么?

　　热电偶属于接触式测量温度仪表，在生产过程的温度测量中，通常是将它直接与被测量对象接触，为了不使它们的感温元件受到被测介质的损伤或化学腐蚀，就用保护管作为它的保护装置，以保证热电偶使用的可靠性及延长其使用寿命。

　　基本要**：

　　①耐高温：在热电偶和热电阻测量温度上限使用时不应产生变质和变形。同时在高温下受氧化性气氛或还原性气氛的影响较小，并且有一定寿命;

　　②耐腐蚀：在用于酸或碱以及有腐蚀性的介质中时，应能保证有一定的寿命;

　　③热传导性能好：热导系数大的材料，可以减小热电偶的时间常数，达到响应时间快的目的。

　　④气密性好：气密性好的材料，可以防止外界有害气体的侵入，从而避免影响热电偶感温元件使用的可靠性和使用寿命;

　　⑤耐温度的剧变性好：热电偶在工作中往往存在温度剧烈变化的冲击，因此要求保护管材料能承受温度的剧变而不损坏。

　　13.常用热电偶保护管材料及它们的特点、用途、适用温度分别是什么?

　　常用保护管材料及它们的特点、用途、适用温度对比参见表四。

　　表四 常用保护管材料及它们的特点、用途、适用温度

　　材料

　　适用温度

　　特点

　　用途

　　金

　　属

　　材

　　料

　　黄铜H62

　　400℃

　　气密性好，热传导系数好，但容易被氧化。

　　适用于无腐蚀性介质中的温度测量。

　　钢Q235

　　550℃

　　机械强度良好，可承受一定的压力，但在高温下易氧化，且气密性较差。

　　适用于中性无腐蚀介质。

　　不锈钢

　　1Cr18Ni9Ti

　　0Cr18Ni12Mo2Ti

　　900℃

　　奥氏体不锈钢，在磷酸、稀硝酸具有良好的耐腐蚀性。在这种钢中加入2%的钼，如0Cr18Ni12Mo2Ti，在尿素、稀硫酸和醋酸中的具有较好的耐腐蚀能力。

　　用于食品工业、化工、石油以及电站的蒸汽管道中。

　　非

　　金

　　属

　　材

　　料

　　氧化铝

　　1700℃以下

　　氧化铝在空气、水蒸气、氢气、氩气、一氧化碳和真空中，温度为1700℃以下时都很稳定，但能与硫化氢反应;温度为1700℃以上时与水蒸气和还原性介质发生反应。

　　碳化硅SiC

　　熔点2300℃，*高使用温度为1700℃。

　　它的热传导性和抗剧冷剧热性能均很好。抗硫性能也很好，但气密性较差。

　　特

　　种

　　合

　　金

　　锰铬合金

　　1050℃

　　在高温、强磨损环境下，表面硬度高，能承受颗粒冲刷。

　　适用于电厂、化肥厂及冶金行业等的燃烧炉中使用。

　　GH3039

　　1250℃

　　在1250℃温度下，具有良好的高温强度和耐弱腐蚀性能。

　　适用于高温环境下气密性要求较高的场合。

　　3YC52

　　1300℃

　　是目前适用温度范围*高的镍基合金。

　　适用于高温环境下气密性要求较高的场合。

　　特种合金

　　哈氏合金

　　根据用户具体的使用环境要求进行选择。

　　蒙耐尔合金

　　因科耐尔合金

　　钛合金

　　复合材料

　　金属陶瓷

　　1200℃

　　可抗高温熔盐、熔融金属液腐蚀。

　　适用于高温盐浴炉、化工行业用炉、铜熔液测温。

　　高温合金+金属间化合物

　　1350℃

　　具有优良的抗高温、耐化学介质腐蚀、耐磨损的综合性能。根据用户的具体要求，适合高温恶劣环境下选择使用。该保护套管材料为国内**。

　　高温合金+精密陶瓷

　　1500℃