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

　       目前，對于熱電偶傳感器的研究已經(jīng)很透徹。在很多領(lǐng)域里，熱電偶的應用是達到了舉足輕重的程度，應用很廣泛，效果也很理想。但是，其發(fā)展還有很大的空間，對于它的性能、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，本文主要對它的應用與發(fā)展進(jìn)行闡述。

1熱電偶的工作原理

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì )有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在Seebeck電動(dòng)勢——熱電動(dòng)勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電極，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。根據熱電動(dòng)勢與溫度的函數關(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, 在熱電偶測溫時(shí), 可接入測量?jì)x表, 測得熱電動(dòng)勢后, 即可知道被測介質(zhì)的溫度。 兩種不同成份的導體（稱(chēng)為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現象稱(chēng)為熱電效應，而這種電動(dòng)勢稱(chēng)為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱(chēng)為測量端），另一端叫做冷端（也稱(chēng)為補償端）；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。

2熱電偶的種類(lèi)及應用

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類(lèi)。所調用標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒(méi)有統一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測量。標準化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。     

（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%，負極（SN）為純鉑，故俗稱(chēng)單鉑銠熱電偶。該熱電偶長(cháng)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確度最高，穩定性最好，測溫溫區寬，使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。它的物理，化學(xué)性能良好，熱電勢穩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，符合國際使用溫標的S型熱電偶，長(cháng)期以來(lái)曾作為國際溫標的內插儀器，

       S型熱電偶不足之處是熱電勢，熱電勢率較小，靈敏讀低，高溫下機械強度下降，對污染非常敏感，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%，負極（RN）為純鉑，長(cháng)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，熱電勢率較小，靈敏讀低，高溫下機械強度下降，對污染非常敏感，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%，負極（BN）為鉑銠合金，含銠為量6%，故俗稱(chēng)雙鉑銠熱電偶。該熱電偶長(cháng)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確度最高，穩定性最好，　

       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，是一種最新國際標準化的熱電偶，是在70年代初由澳大利亞國防部實(shí)驗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)勢不穩定；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)勢不穩定。正極（NP）的名義化學(xué)成分為：Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，負極（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(xiàn)性度好，熱電動(dòng)勢較大，靈敏度較高，穩定性和均勻性較好，抗氧化性能強，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(chēng)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)勢之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成熱電堆，測量微小的溫度變化。對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(hù)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(chēng)鐵-康銅熱電偶，　

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

3熱電偶傳感器在具體工程中的應用：

漏鋼是連鑄生產(chǎn)中一種災難性的事故，漏鋼會(huì )損壞設備，降低作業(yè)率，給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟損失。連鑄漏鋼可分為粘結漏鋼、夾渣漏鋼、裂紋漏鋼等，漏鋼與鋼水成分、溫度、設備狀況、保護渣性能以及操作水平有密切聯(lián)系。生產(chǎn)過(guò)程中的漏鋼事故一般為鑄坯出生殼在結晶器內發(fā)生粘結或其他異常情況沒(méi)有得到補救，出　

漏鋼預報系統，是一種可以通過(guò)分析分布在結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展，從而檢測出漏鋼趨勢并進(jìn)行報警的設備。RAMON漏鋼預報系統主要由以下幾部份組成：現場(chǎng)操作箱、控制柜、工控機、熱電偶模塊、連接器、熱電偶、熱電偶保護套管、離線(xiàn)檢測裝置等部分組成。

正常澆注情況下， 由于結晶器內新生高溫坯殼的不斷向下運動(dòng)，上排熱電偶溫度大于下排熱電偶的溫度；當坯殼發(fā)生粘結被拉斷時(shí)，補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向下運動(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 ”。當粘結嚴重時(shí)，會(huì )使兩個(gè)熱電偶的溫升達到一定值，如果溫升超過(guò)允許值，系統便發(fā)出漏鋼報警。

預報系統可分為手動(dòng)操作或自動(dòng)控制。當選擇人工控制時(shí)，操作人員根據系統畫(huà)面及報警，手動(dòng)控制相應系統； 在自動(dòng)狀態(tài)下， 當出現非正常狀態(tài)時(shí)，系統自動(dòng)降低相應流的拉速并發(fā)出警報，相應流自動(dòng)減速，以便使裂口愈口。提供的愈合時(shí)間是根據不同鋼種預先設定的。自發(fā)生報警恢復至正常狀態(tài)，不需人工操作。

    　4熱電偶的發(fā)展

國內外的許多研究機構和制造商，根據工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化的檢測和控制要求，不斷設計和制造出許多新的熱電偶，目前的發(fā)展趨勢大致如下:

1) 產(chǎn)品結構鎧裝化

鎧裝熱電偶具有壽命長(cháng)、可彎曲、熱響應時(shí)間小、耐震動(dòng)等的優(yōu)點(diǎn)，倍受用戶(hù)青睞。它將逐步地代替過(guò)去用絕緣瓷珠穿絲的裝配結構型式。

近年來(lái)，上海自動(dòng)化儀表有限公司　現場(chǎng)總線(xiàn)已廣泛應用于許多自動(dòng)化控制領(lǐng)域，帶智能型轉換器的熱電偶也已面世。它采用二線(xiàn)制4～20mA或數字化輸，通過(guò)手持終端操作器接在4～20mA任意位置，實(shí)現數字信號通訊的現場(chǎng)或遠距離重調。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(guò)程變量是測量的溫度值,，設置則可由操作者直接或使用一個(gè)可組態(tài)的設置操作器來(lái)調整，其輸出信號可接到執行單元；同時(shí)信號的數字部分提供過(guò)程變量、輸出、設置和其他轉換參數或PID參數