热电偶的类型和用途
一、 热电偶 |
热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。
热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。
热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。
二、热电偶有哪些不同类型？ |
热电偶可以由任何两种不同的金属制成。因为不同的金属具有不同的质量，热电偶则由两条金属线之间形成的热接点定义。
热电偶种类繁多，在温度范围、韧性、抗振性、耐化学性和适用性等方面各有特点。
热电偶基本类型有八种。热电偶大致分为普通金属、贵金属和难熔金属，分别是：
普通金属：J、K、T 、N和 E 型热电偶
贵金属：R、S 和 B 型热电偶
难熔金属：W、W5 和 W3型热电偶
| 热电偶类型 : 基于普通金属 |
| K 型热电偶 |
最流行的温度传感器类型是K型，它具有正极（镍铬合金）和负极（镍铝镍合金）组件；
K型偶可用于有腐蚀或氧化的区域；
K型偶不适合在低温区工作；
在高温段的测量精度较好；
由于价格低廉和形式多样而倍受欢迎；
其工作温度范围为95°C至1260°C；
其精度通常为±2.2°C(或±75%），特定误差容限为±1.1°C（或±0.4%），灵敏度范围为 (28~42)µV/°C。
K型热电偶的应用领域
干燥区域、中性化学溶液、水和温和的化学条件。
车辆、医院、油加热器和锅炉以及食品行业。
| J 型热电偶 |
以铜镍合金康铜（负极）和铁为正极的热电偶称为J型热电偶；
温度范围为-210°C至1200 °C，但在高温下它的使用寿命比 K 型短；
在价格和可靠性方面，它与K型相当；
它们的精度通常为±2.2°C（或 ±75%），特定误差为±1.1°C（或 ±0.4%），灵敏度为 (50~60 )µV/°C；
J 型不如 K 型常见，因为它的温度范围较窄（-40至750°C）；
由于突然的磁转变会导致永久性失准，因此不应在760°C以上使用J 型；
它适用于在逐渐降低的环境中以及存在碳和氢的情况下检测中间温度；
它在氧化环境中正常工作的能力因铁的存在而受到损害。
J型热电偶的应用领域
它用于热操作，例如聚合物和树脂的制造，以及真空、惰性和还原环境；
于真空、还原和氧化条件。
| E 型热电偶 |
E 型具有正极（铬镍铁合金）和负极（康铜）成分，在某些应用中不用于氧化；
虽然应避免在含硫大气中使用，但这种类型的每度 EMF 最大；
E 型特别适用于低温（低温）应用，因为它具有高输出 (68µV/°C)；
缺乏磁性；
“K”型热电偶的正极与“J”型热电偶组合在一起，构成了高热电功率的热电偶；
适合在氧化环境中使用；
-95°C到900°C之间是它们的温度范围。其灵敏度范围为 (40~80) µV/°C，精度通常为±1.7°C（或±0.5%），误差限为±1.1°C（或± 0.4%)。
E型热电偶的应用领域
在零度以下、氧化或惰性环境中应用；
非常适合低温化学和制药应用。
| T 型热电偶 |
T型由正极（铜）和负极（康铜）部分组成；
在真空环境中，它们经常用于还原和氧化；
它在大多数大气中表现出可靠的抗分解性，并且在零度以下的温度下具有出色的稳定性；
它们的温度范围为-200°C至350 °C；
具体误差限制为±1.1°C（或）0.4%，精度大致为±2.2°C（或）±75%，灵敏度范围为(17~58) µV/°C。
T型热电偶的应用领域
低温学和其他涉及极低温度的应用通常使用 T 型热电偶，因为它具有很高的稳定性；
它也存在于多种实验室中。
| N 型热电偶 |
N 型由正极 (镍铬硅Nicrosil) 和负极 (镍硅Nisil) 组成；
根据温度和滞后变化，它非常耐降解；
它通常比其他类型的热电偶成本更高；
温度范围-250°C至1300°C；
它们的精度范围为±2.2°C（或±75%）至±1.1°C（或±0.4%），灵敏度范围为 (24~38) µV/°C；
N 型适用于高温测量，而无需花费铂（B、R、S）型，因为它具有出色的稳定性和抗高温氧化性；
它越来越受欢迎，因为它被创建为“改进的”K 型。类似于用于高温的“K”型热电偶，但滞后较小。
N型热电偶的应用领域
用于具有真空或调节气氛的烤箱、熔炉和窑炉；
此外，铁、铝和冶炼行业，以及燃气轮机和发动机的尾气。
| 热电偶类型 : 基于贵金属 |
B、R和S型热电偶都是“贵金属”热电偶，具有相似的特性；
它们是所有热电偶中最稳定的，但由于灵敏度低（约10µV/°C），它们通常仅用于高温测量 (>300°C)；
由于成本高和灵敏度差，B、R和S型热电偶通常仅用于高温读数；
为了加固热电偶并避免在高温和恶劣环境下可能发生的晶粒生长故障，可以使用HTX铂丝代替R型和S型热电偶中的纯铂腿。
| S 型热电偶 |
铂金和铑热电偶是两种贵金属，能够获取非常精确的读数；
S型由铂铑10%正极和铂负极组成；
由于其出色的耐高温性，它经常用于氧化环境；
在较低的大气层或含有金属气体的大气层中并没有真正显示出来；
适用于高达1600°C的高温测量；
由于成本高和灵敏度低 (10µV/°C)，它们不适合广泛使用；
由于其出色的稳定性，S型被用作金熔点 (1064.43°C) 的校准标准。
S型热电偶的应用领域
在极高温度下使用时使用S型；
它在制药和生物技术领域经常遇到。
| R 型热电偶 |
类似于“S”型热电偶，但使用两种金属的不同比例；
R型正极由铂铑13%负极铂组成；
适用于测量高达1600°C的高温；
具体误差为±0.6°C或0.1%，精度为±1.5°C（或）±25%，灵敏度范围为 (8~14) µV/°C；
它们不适合广泛使用，因为它们的灵敏度低 (10µV/°C)；
它的成本更高，因为它含有比 S 型多近50%的铑；
与S型相比，R型的输出稍高，稳定性更好；
对于涉及高温的应用，有R型。在低温系统中，它因其高精度和可靠性而被使用。
| B 型热电偶 |
B型热电偶在上述所有热电偶种类中温度限制最高，广泛应用于高温领域；
在非常高的温度下，它们以高精度运行；
对于正极，它是铂金和30%的铑混合，而对于负极，它是铂金和6%的铑；
温度范围为1370°C 至1800°C；
灵敏度介于5和10µV/°C 之间，精度介于±0.5% 和±25% 之间。具体误差限制在±0.25%以内。
B型热电偶的应用领域
在钢铁工业中广泛使用，以密切关注炼钢过程的化学成分和温度。
| 热电偶类型：基于耐熔金属 |
包含化学符号为 W 的铼和钨的热电偶是唯一不受任意命名法约束的热电偶;
正极中铼的含量由 W 后面的数字表示。示例 对于W5型，正极由95%的钨和5%的铼组成。如果没有数字，正极不会有铼;
这些热电偶可以测量非常高的温度;
真空炉、氢气氛和惰性气氛是常见的应用;
由于脆化，它们不能在高温氧化条件下使用;
平均温度范围为0℃至2315°C，但在惰性气氛中可以增加到 2760°C，快速观察可以增加到3000°C。
热电偶的种类：
W型 或 G型
W3型 或 D型
W5型 或 C型
| W 型 或 G 型热电偶 |
钨铼热电偶系统的第一个组合是G型；
然而，纯钨正极腿的脆性使其受到影响；
这是正极腿通常以其抽出状态运输的主要原因；
然后热电偶会承受高工作温度（通常>2000°F），这会导致电动势偏移；
在900°F以上的温度下获得的更大塞贝克系数是G组合的主要优势；
这种好处的价值被现代仪器淡化了；
热熔炉和热处理炉都经常使用这些热电偶。
| W3 型 或 D 型热电偶 |
它有一个富含3%铼的钨正极和一个富含 25% 铼的钨负极；
2320°C是其最高温度范围；
W3热电偶专为在温度极高的环境中使用而设计；
在存在还原剂以及存在氢气或其他惰性气体的环境中具有极强的弹性。空气和其他氧化气氛不适合与本产品一起使用。
W3型 或 D型热电偶的应用领域
半导体、太阳能和航空航天领域经常使用这些热电偶。
| W5型 或 C 型热电偶 |
C型热电偶专为极高温度而设计，由钨铑合金 (2315 °C) 制成；
为避免氧化失效，热电偶材料必须在氢气、惰性或真空环境中使用；
最大温度范围受裸线直径、保护套的影响，并且在较小程度上受所连接的连接器或延长线的影响；
W5热电偶与W3相当，但铼的比例更高，从而增强了其对机械应力的抵抗力。
W5型 或 C型热电偶的应用领域
这些热电偶广泛用于各种应用，包括生产高温材料、航空航天、电力生产、军事和国防测试、半导体加工和设备以及研究。
三、热电偶输出电压响应低温和高温 |
下图说明了热电偶在不同温度下的电压输出；
基于铂的热电偶的输出非常低，所以它们的应用仅限于监测极高温度。
四、热电偶种类汇总 |
| 热电偶类型 | 最高温度可达 | 应用 |
| K | 1260°C | 炼油厂 |
| J | 760°C | 注塑成型 |
| N | 1260°C | 炼油厂、石油化工 |
| E | 870°C | 发电厂 |
| T | 370°C | 低温学、冰柜、食品生产 |
| R | 1480°C | 硫磺回收装置 |
| S | 1480°C | 制药、实验室、生物技术、高温炉 |
| B | 1700°C | 玻璃生产单位 |
| W | 2320°C | 半导体、太阳能、航空航天 |
| W3 或 D型 | ||
| W4 或 C型 |
五、热电偶的应用 |
热电偶用于各种任务，包括监测燃气加热设备（如烤箱和热水器）中指示灯的存在，以及确定房间本身的温度。
S、R和K型热电偶广泛应用于钢铁工业，用于监测整个炼钢过程中的温度和化学成分。
原型电气和机械设备的测试通常可以受益于热电偶的使用。
示例：在执行热运行测试时密切关注开关设备。
用于记录和测试过程中涉及的各种温度的热电偶数量用于化学生产和石油精炼等行业。
六、不同类型的热电偶如何选择？ |
温度范围
几种热电偶类型在不同的温度下工作；
具体图表见（四、热电偶种类汇总），例如，T型的铜组件的最高温度接近 370°C。
导体尺寸
使用长周期检测时，必须考虑热电偶线的尺寸和形状。
例如，如果主系统由#14AWG电线（或0.064英寸直径）组成，则T型热电偶可在高达370°C的温度下使用。
然而，当小工具使用30AWG电线时，温度范围仅为150°C。
准确性
T型热电偶的精度是贱金属热电偶类型中最高的。
接下来是ANSI/ASTM E230标准误差限制的J、K和N类型，然后是E类型。
探头设备中的护套成分、表面传感器中的绝缘材料和传感器形状是一些更为关键的元素。
七、为什么 K 型热电偶如此受欢迎？ |
K型热电偶可以承受很宽的温度范围并且经久耐用，因此非常受欢迎。
将J型（铁）和T型导体金属与其中使用的导体金属进行比较，它们在化学上更具静电性（铜）。
K型的输出信号虽然比T型、J型、E型略低，但高于其主要竞争对手N型，应用频率高于其他类型。
