第一章：热电偶的选择第一节：标准热电偶第二节：热电偶的规格第三节：热电偶的结构第四节：适用温度范围第五节：颜色代号标准第六节：热电偶的选择第二章：热电偶的正确使用第一节:安装不当引入的误差第二节:绝缘度变差而引入误差第三节:热惰性引入的误差第三节:热惰性引入的误差第四节:热阻误差第三章：热电偶测温误差分析第一节：热电偶测温过程的理论分析第二节:辐射换热引起的测温误差第三节:热电偶导热引起的测温误差第四章:热电偶的劣化及对策第一节:贵金属热电偶的劣化第二节:廉金属热电偶的劣化第三节:钨徕热电偶的劣化第四节:渗碳炉用热电偶的劣化及对策第一章：热电偶的选择在化工生产过程中，热电偶是极为重要的一次元件。

热电偶的正确合理使用，不仅能够确保生产安全，而且可以提高产品的产量和质量。

为此，应对热电偶的技术规范和结构作较全面的了解。

现根据文献『1』，结合我国具体特点进行了一次删减和补充，希望能够对仪表测量行业的同行们在国内及国外引进项目中热电偶的选用及维护方面有所帮助。

第一节：标准热电偶热电偶系统由热电偶传感器、测领和控制仪表一级热电偶传感器与仪表连接的导线组成。

热电偶可以分为两大类：廉金属类（分度号为J、K、T、E、N ）和贵金属类（分度号为R、S、B）。

其中J型和K型是工业控制中使用最广泛的热电偶。

J 型是铁－康铜热电偶，主要特点是通用性强，可以在温度高达760 °C （1400F）的氧化和还原气体环境中使用。

这种热电偶正极为纯铁偶丝，铁的氧化电阻的，极易生锈。

目前尚无好的防锈措施，因此沿海地区的工厂或有盐害存在的区域不宜采用。

这就使J型热电偶在中温场合中的应用受到了限制。

K型热电偶的正、负极都是高镍合金、适用于氧化或惰性气氛，测温温度可达1260 C（2300F ）。

K 型热电偶不能用于还原气氛，如热处理过程及含有氢气，游离氨、一氧化碳等的过程都是还原性气氛。

在还原气氛中，如果温度达到800〜950 C ,K型热电偶的正极（含有9%铬的镍基合金）会氧化生成一种浅绿色的氧化铬,使原来的尖晶石型镍铬氧化物结构受到破坏，即所谓的“律师现象”（在渗碳气氛中，在高温下，由于形成碳铬以至在金晶界发生选择性氧化而造成的一种很强的腐蚀作用），从而消耗正极中的铬含量，造成电动势的降低。

K型热电偶的正极暴露在400 —600 C温度范围时，易发生老化并引起热电偶在正方向大约5 C的变化。

因此，如果选用K型热电偶测量范围是400 —600 C 时，被测过程的温升必须十分缓慢，如欲测出4 C的温度变化就需要一小时或更长时间。

N型（镍铬硅合金一镍硅）热电偶在400 —600 C的温度条件下，不会出现老化。

因此，在相同环境条件下，N型热电偶校验值的稳定性要比K型的好。

N 型热电偶是一种较新型的热电偶。

在第六届国际温度讨论会上（1982 年3 月于美国）肯定了N 型热电偶的有用性。

其合金组成见表1 所列。

这种热电偶在高温环境中耐氧化性能好，最高测量温度为+1300 C,但其热电势特性的线性不如K 型热电偶。

在国外N 型热电偶多用于核电站的温度测量，其使用范围正逐步向其它应用领域扩展，有普及和取代贵金属热电偶的趋势。

T 型（铜一康铜）热电偶主要用于低温和环境温度的测量。

T 型热电偶的热电势特性与温度成比例，因此测量精度高。

E型（镍铬-康铜）热电偶的特点是耐氧化、耐腐蚀性能好。

它是为了补偿J型热电偶的缺点而研制的，在廉金属热电偶中是价格最贵的一种。

这种热电偶能产生较大的热电势，因此经常用于热电堆的温度测量。

图1 是工业常用热电偶的温度一热电势关系曲线图。

在贵金属热电偶中，R型（铂锗13 一铂）和S型（铂锗1。

一铂）热电偶可用于测量1480 C的温度，而B型（铂锗3。

一铂锗6）热电偶则可测量1700 C的高温。

R型和S型热电偶可用于氧化或J隋性气氛中。

B型热电偶既可用于氧化或惰性气氛中，也可用于真空气氛中。

但这三种热电偶都不能在还原气氛中使用。

否则热偶元件就会被污染，引起热电偶校正值的变化，而且会过早失效*1代A标准热电偶合金材料第二节：热电偶的规格任何新制热偶的精度或出厂检定可以用毫伏偏差表示，或者用标准的电动势(EMF)温度表中的温度表示。

在有关的技术学会文件中对热电偶的出厂检定标准和特殊允差都进行了规定。

图2所示即为ANSI MC96.1 ,ASTME23o和NBS125 所规定的J型和K型热电偶的出厂检定允差。

从图中可知国际标准化协会、测试和材料协会、美国国家标准局规定的初期允差均为士4下(士2.2 °C )，即温度范围的0.75%。

这种热电偶特殊等级的初期校验允差为士2下(士1.1 C)，即温度范围的士0.4%。

两种允差都比较大。

对严格的温度控制来说，希望获得1/4允差的材料，这种材料的初期允差应恰好是特殊等级允差的一半。

在大多数情况下，J型热电偶的最高温度极限是1000下，K型热电偶为2000下。

美国ISA指定的热电偶基本情况如表1所示。

我国于1984年正式采用国际电工委员会(I EC)标准，热电偶的检定标准按照IEC标准Pabcication 584 一2中热电偶的第二部分“允差”为依据进行。

热电偶的允差是当基准接点(或参比端)的温度为。

C,测温接点(测量端)为适当温度⑴时，偏离IEC标准584第一部分“分度表”中电动势一温度值的规定最大偏差⑴。

允差是以偏差(0 C)或实际温度的百分数表示，取两者中较大者。

表2 是我国常用热电偶的允差等级。

so图1工业用热电偶的温度一热电势关系曲线图—标准允差土 4下或温度的士 0.75% —特殊允差士 2下或温度鲍+0.4%图ZJ 型和K 型ANSI MC96.1 , ASTME23O 和NBS125标准出厂检定允 差第三节：热电偶的结构从结构上来分，热电偶可分为瓷管绝缘型（瓷珠型）、隔离绝缘型、金属恺装 型三种类型。

3.1瓷管绝缘型热电偶单腔或双腔烧结陶瓷管套在裸热电偶上一道使用。

常用的绝缘子材料是刚玉和莫来石（一种含氧化铝的氧化硅材料），不管是廉金属热电偶还是贵金属热电偶 都可以采用这种结构形式，以便与恶劣的环境条件隔离。

在许多情况下，热电偶 的连接处会受到快速响应时间的影响。

它的可弯曲性也差。

3.2隔离绝缘型热电偶廉金属热电偶可用各种绝缘材料直接绝缘。

这种结构的热电偶具有很好的可 弯曲性。

用于低温或环境温度测量的热电偶可采用冲压塑料绝缘， 玻璃绝缘热电 偶用于中温测量。

陶瓷纤维绝缘的热电偶用于高温测量。

3.3金属铭装型热电偶该类型的热电偶偶丝是封闭在薄壁金属管中，偶丝与偶丝以及偶丝与管壁之 间的绝缘用牢固充填无机物（Mgo 或Al 刀3）来绝缘。

恺装（金属管）材料可采用 因康镍合金（I neonG 500 1000 1500 20004肚叢el）。

恺装热电偶测温接点结构有四种，即管塞式、接地式、露头式和绝缘（或非接地）式。

这四种结构如图3所示。

选择哪种结构主要取决于所要求的反应时间。

恺装热电偶具有极佳的机械强度，不受环境的影响（露头式热电偶除外），可弯曲性极好。

表2热电偶允差等级图3装热电偶的刚温接点结构第四节：适用温度范围标准廉金属热电偶及其绝缘材料所适用的温度范围如图 4所示。

从图中可以看出:对于200 C 以内的温度可以用直接冲压塑料绝缘;低温场合可用卡普龙（KAPTON —杜邦公司商标名）和B 一纤维（THERMO ELEC-TRIC 公司商标名）;中 温区500 C 以内采用G 玻璃纤维绝缘，700 C 以内可用Q 玻璃纤维绝缘；对于 700 C 以上的高温区所采用的绝缘材料是各种陶瓷纤维，如CEFIR （THERMOELECTRIC 公司商标名）、RE-FRASIL （汤普森公司商标名）和NEXTEL （3M 公司商 标名）。

第五节：颜色代号标准采用颜色标准代号，可帮助我们很容易地区分热电偶的类型及其正、 负极性。

美国、英国、法国、德国、日本、原苏联和中国都有自己的一套标准，且各不相仆）據地厲）擔地式3〉羌绿式-450 lUiFf 1500图4标准化热电偶及其绝缘材料的操作温度范围图中：CEFIR 、R 型、B 一纤维是 THERMO EI_ECTRIC 公司产品NEXTEI 是3M 公司产品REFRASIL 是汤普森(THOMPSON)公司产品尼龙、聚四氟乙烯、 KAPTON 是杜邦公司产品由ISA 规定的美国热电偶和补偿导线的颜色标准 〔ANSIMC 96.1(82)〕，如表3-5 所示。

表3双绝缘热电偶ISA 色标13G0~ 25 GO1»D9 ISOQ一 65—65_卡普龙(KAPTUN)500 二| JFF5«i^ (TEFLON)4003(NYLON)2開F] R 型图侧一 i~l 蹩绦材料偶兰f —40| 就氧乙烯(PVC)200r 一 4前 C 1~T~5前1000~r 1500~r200GZSOO-6525C爾度丿Y表4色标表5双绝缘热电偶补偿导线各种热电偶都有它的优点及局限性。

没有哪一种热电偶能适用于整个测温范围。

对某一特定的应用场合，在选用热电偶时，应该对有关问题作认真地研究，诸如性能要求、环境条件、设计和价格等。

6.1性能要求对涉及温度测量与控制的工艺过程，在选择热电偶时，首先必须考虑热电偶的基本精度和整个测温系统的测量误差。

因此应该把热电偶出厂检定的稳定性、使用寿命同整个工艺过程所允许的温度偏差一起研究。

6.2环境条件在选择热电偶时不但要考虑正常操作温度、最高操作温度，还要对达到最高操作温度的频率、时间长短以及可能接触到的环境条件进行考虑。

廉金属热电偶一般不允许用在还原性气氛中（仅K型热电偶在500 C以下除外）或含硫、磷、硅等介质中。

当有硫存在时，镍铝在650 一816 C温度范围内会产生严重的“硫蚀”而脆断。

另外，如果使用K 型热电偶必须考虑其老化后的测量滞后及上述只能用在温升非常缓慢的过程中。

6 •设计的考虑对于温度波动频繁的工艺过程，如表面温度的测量，热影响是设计中应该考虑的一个重要因素，对快速热响应过程应该采用连接尺寸小（偶丝直径较细）的裸露热电偶。

又如热电偶在安装时需要弯曲，那么就要考虑热电偶的可弯曲性。

再如，在选用补偿导线时，必须注意热电偶、补偿导线、仪表之间的匹配，否则会产生误差。

6.4价格在选择最佳热电偶系统时，应从系统出发考虑价格问题，即应对热电偶、补偿导线和二次仪表进行全面衡量。

文献〔2〕中给出的一个实际例子表明，虽然两种热电偶价格相差不大，但它们各自配用的补偿导线却存在着较大的差价，如果选择不慎，则会给用户带来不必要的经济损失6.5热电偶的安装正确地选用热电偶会为以后的测量奠定良好的基础，但如果安装不正确仍会给测量带来误差。

当采用热电偶测量流体温度时，如采用斜插或在肘管上安装，热电偶须逆着流速方向安装，并且要有足够的插入深度，应尽量减少露在大气部分的长度，否则应采取必要的保温措施。