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什么是K型热电偶?

文章作者:深圳市聚利兴仪器有限公司    时间:2015/6/1 15:32:02

K型热电偶作为一种温度传感器,K型热电偶通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。


K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。


K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶,其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2~4.0mm。


正极(KP)的名义化学成分为:Ni:Cr=90:10,负极(KN)的名义化学成分为:Ni:Si=97:3,其使用温度为-200~1300℃。


K型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜等优点,能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。


K型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛。



测温原理


热电偶测温必须由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。下图是最简单的热电偶测温示意图。



按右图组成的热电偶蕊及测温电偶丝1 ,如果将热电偶的热端加热,使得冷、热两端的温度不同,则在该热电偶回路中就会产生热电势,这种物理现象就称为热电现象(即热电效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和接触电势两部分组成。接触电势:它是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。当两种不同的导体A和B相接触时,假设导体A和B的电子密度分别为Na和Nb并且Na>Nb,则在两导体的接触面上,电子在两个方向的扩散率就不相同,由导体A扩散到导体B的电子数比从B扩散到A的电子数要多。导体A失去电子而显正电,导体B获得电子而显负电。因此,在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静电场,这个电场将阻碍扩散运动的继续进行,同时加速电子向相反方向运动,使从B到A的电子数增多,最后达到动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差,这个电位差称为接触电势。此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有关,当两种导体的材料一定,接触电势仅与其接点温度有关。温度越高,导体中的电子就越活跃,由A导体扩散到B导体的电子就越多,接触面处所产生的电动势就越大,即接触电势越大。


特点


简介

检出(测温)元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。必须配二次仪表,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℃均可连续测量,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。

2根据温度测量范围及精度,选用相应分度号的热电偶

使用温度在1300~1800℃,要求精度又比较高时,一般选用B型热电偶;要求精度不高,气氛又允许可用钨铼热电偶,高于1800℃一般选用钨铼热电偶;使用温度在1000~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N型热电偶;在1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶,低于400℃一般用E型热电偶;250℃下以及负温测量一般用T型电偶,在低温时T型热电偶稳定而且精度高。

测量范围及允许误差范围

热电偶类别

代号

分度号

测量范围

基本误差限

镍铬-康铜

WRK

E

0-800℃

±0.75%t

镍铬-镍硅

WRN

K

0-1300℃

±0.75%t

注:t为感温元件实测温度值(℃)电场强度越高,因而接触电势也就越大。这样将1产生的温差热电势通过连接导线2在显示仪表3中显示出来。

时间常数

热惰性级别

时间常数(秒)

热惰性级别

时间常数(秒)

90-180

10-30

30-90

<10

热电偶公称压力:一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而破裂。

热电偶 最小插入深度:应不小于其保护套管外径的8-10倍(特列产品例外)

绝缘电阻:当周围空气温度为15-35℃,相对湿度<80%时绝缘电阻≥5兆欧(电压100V)。具有防溅式接线盒的热电偶,当相对温度为93± 3℃ 时,绝缘电阻≥0.5兆欧(电压100V)

高温下的绝缘电阻:K型
电偶在高温下,其热电极(包括双支式)与保护管以及双支热电极之间的绝缘电阻(按每米计)应大于下表规定的值。

规定的长时间使用温度(℃)

试验温度(℃)

绝缘电阻值(Ω)

≥600

600

72000

≥ 800

800

25000

≥1000

1000

5000

度表

温度单位:℃ 电压单位:mV) 参考温度点:0℃(冰点)

温度

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 

温度

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 






产品资料


K型热电偶选型资料

W 

R 




规格


内容



N 





镍铬-镍硅 K



K





镍铬-铜镍 (镍铬-康铜)E





1



无固定式装置式





2



固定螺纹式




- 

3



活动式法兰





4



固定法兰式





5



活动法兰角尺形式





6



固定螺纹锥形保护管式






2


防溅式






3


防水式






4


隔爆式







0

&oslash;16mm保护管







1

&oslash;25mm保护管(双层套管)





安装固定形式 

接线盒形式 

2

&oslash;16mm高铝质管(单层套管) 







3

&oslash;20mm高铝质管







设计序号 


W 

R 

- 


ITS-90国际温度标准(JIS C 1602-1995,ASTM E230-1996,IEC 584-1-1995)

热电偶安装注意点

(1)热电偶应尽量垂直装在水平或垂直管道上,安装时应有保护套管,以方便检修和更换。

(2)热电偶的冷端应处在同一环境温度下,应使用同型号的补偿导线,且正负要接对。

(3)测量管道内温度时,元件长度应在管道中心线上(即保护管插入深度应为管径的一半)。

(4)温度动圈表安装时,开孔尺寸要合适,安装要美观大方。

(5)高温区使用耐高温电缆或耐高温补偿线。

(6)要根据不同的温度选择不同的测量元件。一般测量温度大于100℃时,应选择热电偶,小于100℃时选择热电阻。

(7)接线要合理美观,表针指示要正确。


K型热电偶热响应时间的测量

测量K型热电偶的热响应时间实际上是比较复杂的,不同的试验条件会产生不同的测量结果,这是由于受周围介质的换热率影响,换热率高,则热响应时间就短。
为了使热电偶的热响应时间具有可比性,国家标准规定:热响应时间应在专用水流试验装置上进行。该装置的水流速度应保持0.4±0.05m/s,初始温度在5-45℃的范围内,温度阶 跃值为40-50℃。在试验过程中,水的温度变化应不大于温度阶跃值的±1%。被试热电偶的置入深度为150mm或设计的置入深度。
由于热电偶在室温附近热电势很小,热响应时间不容易测出,因此国家标准规定可采用同规格的K型热电偶的热电极组件替换其自身的热电极组件,然后进行试验。
试验时应记录热电偶的输出变化至相当于温度阶跃变化50%的时间T0.5,必要时可记录变化10%的热响应时间T0.1和变化90%的热响应时间T0.9。所记录的热响应时间,应是同一试验 至少三次测试结果的平均值,每次测量结果对于平均值的偏离应在±10%以内。此外,形成温度阶跃变化所需的时间不应超过被测试热电偶的T0.5的十分之一。记录仪器或仪表的响 应时间不应超过被试热电偶的T0.5的十分之一。


四大定律

1,均质导体定律

热电偶丝由同一种均质材料(导体或半导体)两端焊接组成闭合回路,无论导体截面如何以及温度如何分布,将不产生接触电势,温差电势相抵消,回路中总电势为零。

可见,热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀,由于温度梯存在,将会产生附加热电势。

2,中间导体定律

在热电偶回路中接入中间导体(第三导体),只要中间导体两端温度相同,中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响,这就是中间导体定律。

应用:依据中间导体定律,在热电偶实际测温应用中,常采用热端焊接、冷端开路的形式,冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。

有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值,在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律,是没有这个误差的!

3,中间温度定律

热电偶回路两接点(温度为T、T0)间的热电势,等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。

应用:由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时,不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取热端温度值;也不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取的温度值,再加上冷端温度确定热端被测温度值,需按中间温度定律进行修正。初学者经常不按中间温度定律来修正!

4,参考电极定律

这个定律是专业人士才研究、关注的,一般生产、使用环节的人士不太了解,简单说明就是:用高纯度铂丝做标准电极,假设镍铬-镍铬热电偶的正负极分别和标准电极配对,他们的值相加是等于这支镍铬-镍铬的值。


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