各種分度號(hào)熱電偶應(yīng)用與發(fā)展原理由上海自動(dòng)化儀表有限公司解說。

　       目前，對(duì)于熱電偶傳感器的研究已經(jīng)很透徹。在很多領(lǐng)域里，熱電偶的應(yīng)用是達(dá)到了舉足輕重的程度，應(yīng)用很廣泛，效果也很理想。但是，其發(fā)展還有很大的空間，對(duì)于它的性能、用途以及使用范圍還需進(jìn)一步了解。鑒于熱電偶的高速發(fā)展，本文主要對(duì)它的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行闡述。

1熱電偶的工作原理

熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在Seebeck電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí), 只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同, 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此, 在熱電偶測(cè)溫時(shí), 可接入測(cè)量?jī)x表, 測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后, 即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。 兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。

2熱電偶的種類及應(yīng)用

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。     

（S型熱電偶）鉑銠10-鉑熱電偶        鉑銠10-鉑熱電偶（S型熱電偶）為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm，允許偏差-0.015mm，其正極（SP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金，其中含銠為10%，含鉑為90%，負(fù)極（SN）為純鉑，故俗稱單鉑銠熱電偶。該熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。

       S型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它的物理，化學(xué)性能良好，熱電勢(shì)穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化性和惰性氣氛中。由于S型熱電偶具有優(yōu)良的綜合性能，符合國(guó)際使用溫標(biāo)的S型熱電偶，長(zhǎng)期以來曾作為國(guó)際溫標(biāo)的內(nèi)插儀器，

       S型熱電偶不足之處是熱電勢(shì)，熱電勢(shì)率較小，靈敏讀低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，因而一次性投資較大。   

（R型熱電偶）鉑銠13-鉑熱電偶        鉑銠13-鉑熱電偶（R型熱電偶）為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm，允許偏差-0.015mm，其正極（RP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金，其中含銠為13%，含鉑為87%，負(fù)極（RN）為純鉑，長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。

      R型熱電偶不足之處是熱電勢(shì)，熱電勢(shì)率較小，靈敏讀低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，因而一次性投資較大。  

（B型熱電偶）鉑銠30-鉑銠6熱電偶

       鉑銠30-鉑銠6熱電偶（B型熱電偶）為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm，允許偏差-0.015mm，其正極（BP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金，其中含銠為30%，含鉑為70%，負(fù)極（BN）為鉑銠合金，含銠為量6%，故俗稱雙鉑銠熱電偶。該熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃。        B型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，　

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

（N型熱電偶）鎳鉻硅-鎳硅熱電偶

        鎳鉻硅-鎳硅熱電偶（N型熱電偶）為廉金屬熱電偶，是一種最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，是在70年代初由澳大利亞國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室研制成功的它克服了K型熱電偶的兩個(gè)重要缺點(diǎn)：K型熱電偶在300~500℃間由于鎳鉻合金的晶格短程有序而引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定；在800℃左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定。正極（NP）的名義化學(xué)成分為：Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，負(fù)極（NN）的名義化學(xué)成分為：Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1，其使用溫度為-200~1300℃。

       N型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜，不受短程有序化影響等優(yōu)點(diǎn),其綜合性能優(yōu)于K型熱電偶,是一種很有發(fā)展前途的熱電偶.

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

（E型熱電偶）鎳鉻-銅鎳熱電偶

       鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型熱電偶）又稱鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉金屬的熱電偶，正極（EP）為：鎳鉻10合金，化學(xué)成分與KP相同，負(fù)極（EN）為銅鎳合金，名義化學(xué)成分為：55%的銅，45%的鎳以及少量的錳，鈷，鐵等元素。該熱電偶的使用溫度為-200~900℃。

       E型熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成熱電堆，測(cè)量微小的溫度變化。對(duì)于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏，宜用于濕度較高的環(huán)境。E熱電偶還具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能優(yōu)于銅-康銅，鐵-康銅熱電偶，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性和惰性氣氛中，廣泛為用戶采用。

       E型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性氣氛中，熱電勢(shì)均勻性較熱電偶。

（J型熱電偶）鐵-銅鎳熱電偶

        鐵-銅鎳熱電偶（J型熱電偶）又稱鐵-康銅熱電偶，　

J型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),廣為用戶所采用。

3熱電偶傳感器在具體工程中的應(yīng)用：

漏鋼是連鑄生產(chǎn)中一種災(zāi)難性的事故，漏鋼會(huì)損壞設(shè)備，降低作業(yè)率，給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。連鑄漏鋼可分為粘結(jié)漏鋼、夾渣漏鋼、裂紋漏鋼等，漏鋼與鋼水成分、溫度、設(shè)備狀況、保護(hù)渣性能以及操作水平有密切聯(lián)系。生產(chǎn)過程中的漏鋼事故一般為鑄坯出生殼在結(jié)晶器內(nèi)發(fā)生粘結(jié)或其他異常情況沒有得到補(bǔ)救，出　

漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，是一種可以通過分析分布在結(jié)晶器壁上的熱電偶采集到的溫度變化，得知坯殼破裂處及其擴(kuò)展，從而檢測(cè)出漏鋼趨勢(shì)并進(jìn)行報(bào)警的設(shè)備。RAMON漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要由以下幾部份組成：現(xiàn)場(chǎng)操作箱、控制柜、工控機(jī)、熱電偶模塊、連接器、熱電偶、熱電偶保護(hù)套管、離線檢測(cè)裝置等部分組成。

正常澆注情況下， 由于結(jié)晶器內(nèi)新生高溫坯殼的不斷向下運(yùn)動(dòng)，上排熱電偶溫度大于下排熱電偶的溫度；當(dāng)坯殼發(fā)生粘結(jié)被拉斷時(shí)，補(bǔ)入的鋼水直接和銅板接觸，上排熱電偶溫度升高，拉斷處會(huì)形成薄弱的坯殼并將繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，在鋼水靜壓力的作用下緊貼銅壁，使下排的熱電偶溫度也隨之上升 ”。當(dāng)粘結(jié)嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使兩個(gè)熱電偶的溫升達(dá)到一定值，如果溫升超過允許值，系統(tǒng)便發(fā)出漏鋼報(bào)警。

預(yù)報(bào)系統(tǒng)可分為手動(dòng)操作或自動(dòng)控制。當(dāng)選擇人工控制時(shí)，操作人員根據(jù)系統(tǒng)畫面及報(bào)警，手動(dòng)控制相應(yīng)系統(tǒng)； 在自動(dòng)狀態(tài)下， 當(dāng)出現(xiàn)非正常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低相應(yīng)流的拉速并發(fā)出警報(bào)，相應(yīng)流自動(dòng)減速，以便使裂口愈口。提供的愈合時(shí)間是根據(jù)不同鋼種預(yù)先設(shè)定的。自發(fā)生報(bào)警恢復(fù)至正常狀態(tài)，不需人工操作。

    　4熱電偶的發(fā)展

國(guó)內(nèi)外的許多研究機(jī)構(gòu)和制造商，根據(jù)工業(yè)過程自動(dòng)化的檢測(cè)和控制要求，不斷設(shè)計(jì)和制造出許多新的熱電偶，目前的發(fā)展趨勢(shì)大致如下:

1) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)鎧裝化

鎧裝熱電偶具有壽命長(zhǎng)、可彎曲、熱響應(yīng)時(shí)間小、耐震動(dòng)等的優(yōu)點(diǎn)，倍受用戶青睞。它將逐步地代替過去用絕緣瓷珠穿絲的裝配結(jié)構(gòu)型式。

近年來，上海自動(dòng)化儀表有限公司　現(xiàn)場(chǎng)總線已廣泛應(yīng)用于許多自動(dòng)化控制領(lǐng)域，帶智能型轉(zhuǎn)換器的熱電偶也已面世。它采用二線制4～20mA或數(shù)字化輸，通過手持終端操作器接在4～20mA任意位置，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通訊的現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)距離重調(diào)。它還具有PID的控制功能。在這種情況下，4～20mA作為控制輸出，過程變量是測(cè)量的溫度值,，設(shè)置則可由操作者直接或使用一個(gè)可組態(tài)的設(shè)置操作器來調(diào)整，其輸出信號(hào)可接到執(zhí)行單元；同時(shí)信號(hào)的數(shù)字部分提供過程變量、輸出、設(shè)置和其他轉(zhuǎn)換參數(shù)或PID參數(shù)