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温度测量方法汇总

温度测量方法温度是度量物体热平衡条件下冷热程度的物理量,它反映了物体内部微粒无规则运动的平均动能,是国际单位制中的7个基本物理量之一。

由于在很多情况下,不能直接测量,故是种特殊量。

自然界中,很多物质的物理属性以及众多的物理效应均与温度有关,因此人们利用他们随温度的变化规律来间接测量温度。

根据感温元件与被测介质接触与否,温度测量方法可分为:接触式和非接触式。

接触式测温方法是通过传导、对流和辐射等传热方式感受被测介质的温度。

此方法虽然简单、方便,但其间的热阻及感温元件的热惯性都会影响测温的迅速、准确。

非接触式测温法的感温元件不与被测物体相接处,目前最常用的是辐射法,它直接利用被测对象的辐射能与温度的对应关系来测量其温度。

与接触式测温方法相比,非接触式测温法具有如下优点:1、动态响应快。

2、适合特殊场合。

3、测温范围理论上无上限,其下线也随技术发展在向中低温扩展。

由于非接触式测温法必须获得被测量对象的热辐射强度,因此存在以下缺点:1、受中间介质影响大。

2、接收到的辐射能常常不能直接得出被测对象的实际温度,需要进行修正。

对应于两种测温方法,测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类:接触式仪器又可分为:膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计)、电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计)、热电式温度计(包括热电偶和P-N结温度计)以及其它原理的温度计。

非接触式温度计又可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计,由于它们都是以光辐射为基础,故也按统称为辐射温度计。

热电偶测温的应用原理热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。

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℃均可边续测量,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。

1、热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。

当导体A和B 的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。

热电偶就是利用这一效应来工作的。

2、热电偶的种类及结构形成(1)热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。

非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。

标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

3、热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。

必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。

因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

4、热电偶类型:铂铑10-铂热电偶(S型)铂铑10-铂热电偶(S型热电偶)为贵金属热电偶,其正极(SP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铂90%,含铑10%,负极(SN)为纯铂。

它的长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。

S型热电偶在热电偶系列中准确度高,稳定性好,测温温区宽,使用寿命长,它的物理、化学性能良好,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好,适于氧化和惰性气氛中。

它的不足之处是热电势、热电势率较小,灵敏度低,高温下机械强度差,对污染很敏感,材料昂贵。

铂铑13-铂热电偶(R型)铂铑13-铂热电偶(R型热电偶)为贵金属热电偶,其正极(RP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铂为87%,含铑为13%,负极(RN)为纯铂,长期使用最高温度为1300℃,短期使用最高温度为1600℃,R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当,国外英、美等国研究发现R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶好,R型热电偶不足之处与S型热电偶类似。

铂铑30-铂铑6热电偶(B型)铂铑30-铂铑6热电偶(B型热电偶)为贵金属热电偶,其正极(BP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑量30%,负极(BN)也为铂铑合金,含铑量为6%,该热电偶长期最高使用温度为1600℃,短期最高使用温度为1800℃。

B型热电偶的准确度高,稳定性能好,测温温区宽,使用寿命长,测温上限高,它适用于氧化性和惰性气氛中,也可短期用于真空中,但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。

B型热电偶的参考端一般不须用补偿导线进行补偿,这是因为在0~50℃范围内其热电势小于3μm。

B型热电偶不足之处是热电势率更小,灵敏度更低,高温下机械强度下降,抗污染能力差,贵金属材料昂贵等。

镍铬-镍硅热电偶(K)型镍铬-镍硅热电偶(K型热电偶)是目前用量最大的廉金属热电偶,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,其使用温度范围为-200~1300℃。

K型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,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,但是它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。

镍铬硅-镍硅热电偶(N型)镍铬硅-镍硅热电偶(N型热电偶)为廉金属热电偶,是一种最新国际标准化的热电偶,正极(NP)的名义化学成分:Ni∶Cr∶Si=84.4∶14.2∶1.4,负极(NN)的名义化学成分为:Ni∶Si∶Mg=95.5∶4.4∶0.1,其使用温度范围为-200~1300℃。

N型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜,不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,缺点是在高温下不能直接用于硫,还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。

镍铬-铜镍(康铜)热电偶(E型)镍铬-铜镍热电偶(E型热电偶)又称镍铬-康铜热电偶,是一种廉金属热电偶,其正极(EP)为镍铬10合金,化学成分与KP相同,负极(EN)为铜镍合金,名称化学成分为55%铜,45%的镍以及少量的钴、锰、铁等元素,该热电偶的使用温度为-200~900℃。

E型热电偶电动势之大,灵敏度之高属所有热电偶之最,宜制成热电堆,测量微小的温度变化。

对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏,宜于湿度较高的环境。

E型热电偶还具有稳定性好,抗氧化性能优于铜-康铜,铁-康铜热电偶,价格便宜等优点,能用于氧化性、惰性气氛中,缺点是不能直接在高温下用于硫或其他还原性气氛中,热电均匀性较差。

铁-铜镍(康铜)热电偶(J型)铁-铜镍热电偶(J型热电偶)又叫铁-康铜热电偶,是一种价格低廉的廉金属热电偶,它的正极(JP)的名义化学成分为纯铁,负极(JN)是铜镍合金,其名义化学成份为55%的铜和45%的镍以及少量但却十分重要的钴、铁、锰等元素,尽管它也叫康铜,但却不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜,故不能用EN或TN来替换。

铁-康铜热电偶覆盖测量温区为-210℃~1200℃,但常用的温度范围为0℃~750℃。

J型热电偶线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,价格便宜,它可用于真空、氧化、还原和惰性气氛中,但正极铁在高温下氧化较快,故使用温度受到限制,不能无保护直接在高温下用于硫化气氛中。

铜-铜镍(康铜)热电偶(T型)铜-铜镍热电偶(T型热电偶),又叫铜-康铜热电偶,是一种最佳的测量低温的廉金属热电偶,正极(TP)是纯铜,负极(TN)是铜镍合金,它与镍铬-康铜的康铜EN通用,与铁-康铜的康铜JN不能通用。

铜—康铜热电偶测量温区为-200~350℃。

T型热电偶具有线性度好,热电动势大,灵敏度高,稳定性和均匀性好,价格便宜等优点,特别是在-200~0℃温区使用,稳定性更好,年稳定性小于±3μv,在低温可作标准进行低温量值传递。

缺点是正极铜在高温下抗氧化性能差,上限温度受到限制。

其他非标准分度热电偶(1)钨铼系热电偶钨铼热电偶是在20世纪60~70年代发展起来的难熔金属热电偶。

钨铼系热电偶有WRe5- WRe20、W-WRe26、WRe3-WRe25、WRe5-WRe26几种,美国ASTM E230-2002标准中已正式将钨铼5-钨铼26热电偶定为标准分度热电偶,分度号为C。

我国目前可以提供商品化的WRe3-WRe25、WRe5 -WRe26热电偶。

与铂铑等贵金属热电偶相比,钨铼热电偶价格低廉,因此近几年来发展很快。

为解决氧化气氛下的使用问题,抗氧化钨铼热电偶受到了普遍关注,主要是采用热电偶丝材料镀膜或采用高致密保护套管隔绝等技术,可以延长钨铼热电偶在氧化气氛下的使用时间,在一定程度上取代铂铑等贵金属热电偶,这将使将使钨铼热电偶得到更广泛的应用。

钨铼热电偶使用时要注意以下几点:z 热电动势:在800℃以下,其微分电势随温度的升高而降低,但是在1500℃以上,其微分电势均比S型热电偶高;z 使用温度:它的最高使用温度达2800℃,但是在高于2300℃时,一致性较差,一般使用在2000℃以下;z 使用气氛:由于钨铼热电偶电极易发生氧化,因此适用于惰性或干燥空气中使用。

另外在含碳气氛中易生成稳定的碳化物,会降低其灵敏度并引起脆断,并且在有氢气存在的情况下,会加速碳化;z 绝缘与保护套管:为避免高温下因化学反应引起热电动势变化,可采用Y2O3或BN 作绝缘材料。

保护管采用氧化钇(Y2O3)管、钨管、钼管、钽管或铌管等。

(2)铂铑系和铱铑系非标准分度热电偶由于在航空航天或一些其他领域,需要测量的温度超过了B型热电偶的最高使用温度,而这些场合或需要长时间测量,或需要在氧化气氛下快速测量,提出了用PtRh40-PtRh20或铱铑热电偶进行测温。

在铂铑系热电偶中,PtRh40-PtRh20热电偶稳定性最高,最高使用温度可达到1850℃。

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