【正文】 當(dāng)材質(zhì)選定后，其壽命又隨著鎧裝熱電偶直徑的增大而增加。即規(guī)定在某一溫度下經(jīng) 200h，使用前后熱電動(dòng)勢(shì)的變化。 第五節(jié) 熱電偶劣化與使用壽命 一、 熱電偶的劣化 熱電偶的使用壽命與其劣化有關(guān)，所謂熱電偶的劣化，即熱電偶經(jīng)使用后，出現(xiàn)老化變質(zhì)的現(xiàn)象。就以我市某一機(jī)械加工廠為例，當(dāng)時(shí)工件的工藝要求液火 920℃ 。 二、 切記勿將熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接反 從事溫度計(jì)量工作的同志都知道，熱電偶的工作原理 兩種不同導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)它的兩端溫度 相等時(shí)，其回路熱電勢(shì)為零。測(cè)量滯后越大，熱電偶波動(dòng)的振幅就越小，與實(shí)際爐溫的差別也就越大。 一、引起誤差的原因 正確使用熱電偶不但可以準(zhǔn)確得到溫度的數(shù)值，保證產(chǎn)品合格，而且還可節(jié)省熱電偶的材料消耗，既節(jié)省資金又能保證產(chǎn)品質(zhì)量。 二、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件，熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱 電引起偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。 上式表明，當(dāng)兩個(gè)熱電極的材料選定后，熱電勢(shì)就是兩個(gè)分別與接點(diǎn)溫度有關(guān)的函數(shù)之差。當(dāng)擴(kuò)散力和電場力的作用相互平衡時(shí)。這就是熱電偶的冷端補(bǔ)償原理。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度 t0≠0℃ 時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。它的正極（ JP）的名義化學(xué)成分為純鐵，負(fù)極（ JN）為銅鎳合金，常被含糊地稱之為康銅，其名義化學(xué)成分為： 55%的銅和 45%的鎳以及少量卻十分重要的錳，鈷，鐵等元素，盡管它叫康銅，但不同于鎳鉻 康銅和銅 康銅的康銅，故不能用 EN 和 TN 來替換。 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。 B 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。1967 年至 1971 年間，英國 NPL，美國 NBS 和加拿大 NRC 三大研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一項(xiàng)合作研究，其結(jié)果表明， R 型熱電偶的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性比 S 型熱電偶均好，我國目前尚未開展這方面的研究。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。 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： ① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固 。該電動(dòng)勢(shì)實(shí)際上是由接觸電勢(shì)（珀?duì)柼妱?shì)）與溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成。 3) 惰性小，準(zhǔn)確度高，測(cè)溫范圍廣。其優(yōu)點(diǎn)是： ① 測(cè)量精度高。當(dāng)溫度變化時(shí)，光纖的柵距和折射率發(fā)生變化，導(dǎo)致其響應(yīng)波長的移動(dòng)，通過檢測(cè)響應(yīng)波長即可確定溫度。近年來發(fā)展的陶瓷薄膜熱電偶，可以測(cè)量更高的溫 度 ,克服了金屬薄膜熱電偶的一些催化效應(yīng)和冶金效應(yīng)等缺點(diǎn)，在高溫表面溫度測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。另外，一些非金屬熱電偶材料得到了人們的重視，其特點(diǎn)有：熱電動(dòng)勢(shì)和微分電勢(shì)大；熔點(diǎn)高，測(cè)溫上限也高；價(jià)格低；選用合適的非金屬材料，可制成抗氧化或抗碳 化的熱電偶，用于惡劣條件下溫度的測(cè)量。 （二）熱電偶材料性能的提高 在熱電偶絲材料方面，一些類型的熱電偶性能得到了提高，并出現(xiàn)了一些新型熱電偶類型。（四）聲波、微波測(cè)溫方法 聲學(xué)測(cè)溫是基于聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)溫度有關(guān)的原理實(shí)現(xiàn)的，因此只要測(cè)得聲速，就可以推算出溫度。通過測(cè)量其特征波長下的絕對(duì)強(qiáng)度、相對(duì)強(qiáng)度，或者熒光的馳豫時(shí)間，就可以確定被測(cè)介質(zhì)的溫度。 （二）光譜測(cè)溫方法 光譜測(cè)溫方法主要適用于高溫火焰和氣流溫度的測(cè)量。 四、非接觸式測(cè)溫方法原理及特點(diǎn) 非接觸式測(cè)溫方法則不需要溫度計(jì)與被測(cè)對(duì)象接觸，因而不會(huì)干擾溫度場，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性一般也很好，但是會(huì)受到被測(cè)對(duì)象表面狀態(tài)或測(cè)量介質(zhì)物性參數(shù)的影響。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：可以在電磁環(huán)境下進(jìn)行溫度測(cè) 量；可以避免像非蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 接觸式輻射溫度計(jì)那樣容易受到被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率和中間介質(zhì)的影響。熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指 數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏感元件，具有靈敏度高、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，但其電阻值和溫度的關(guān)系線性度差，且穩(wěn)定性和互換性也不好。圖 給出了一種從測(cè)量原理上進(jìn)行分類的方法，基本包含了目前溫度測(cè)量的基本原理，幾乎所有的溫度測(cè)量方法都是在這些基本原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其次，還應(yīng)詳細(xì)探討測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象及主要的測(cè)定量是什么。溫度這個(gè)物理量僅取決于熱平衡時(shí)物體內(nèi)部的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種平衡態(tài)是兩個(gè)系統(tǒng)在有熱交換的條件下達(dá)到的，稱為熱平衡。即溫度計(jì)必須進(jìn)行分度，或稱標(biāo)定。 溫度的高低，也可由人的器官感覺出來，但這是不可靠，也不準(zhǔn)確。論文首先介紹了一些測(cè)溫方法；其次用對(duì)比法對(duì)熱點(diǎn)偶焊接接頭性能進(jìn)行了比較；最好全面數(shù)據(jù)分析，擬合出了自制熱電偶的擬合曲線，并對(duì)其進(jìn)行了分析與結(jié)論的總結(jié)。該電動(dòng)勢(shì)實(shí)際上是由接觸電勢(shì)（珀?duì)柼妱?shì)）與溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成。 一、溫度 物體的冷熱程度常用“溫度”這個(gè)物理量來表示。 二、溫標(biāo) 為了保證溫度量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確，應(yīng)該建立一個(gè)用來衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度，簡稱為溫度。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 三、溫度測(cè)量的基本原理 假定有兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，原來各處在一定的平衡態(tài)，這兩個(gè)系統(tǒng)相互接觸時(shí)，由于溫度差的存在，它們之間將發(fā)生熱交換（這種接觸叫做熱接觸）。由此可以得出結(jié)論：如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都分別與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，則它們彼此間也必定處于熱平衡。 第二節(jié) 溫度測(cè)量的方法 一、溫度計(jì)的選擇 為了準(zhǔn)確地測(cè)量溫度，最重要的是使溫度計(jì)的感溫部分與被測(cè)物體的溫度一 致（對(duì)于輻射溫度計(jì)，射入溫度計(jì)內(nèi)的輻射要與被測(cè)物體的熱輻射一致）。 4） 使用壽命，耐熱、耐蝕、抗熱震性能怎樣。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快，適宜遠(yuǎn)距離測(cè)量和自動(dòng)控制的特點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛。膨脹式溫度計(jì)包括玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)等。熱色測(cè)溫方法主要通過示溫敏感材料的顏色在不同溫度下發(fā)生變化來指示溫度的，示溫漆和示溫液晶都屬于熱色測(cè)溫。比色測(cè)溫法測(cè)量結(jié)果最接近真實(shí)溫度，并且適用于低發(fā)射率物體的溫度測(cè)量，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格較貴。如相干反斯托克斯拉曼散射 (CARS)測(cè)溫方法，可使收集到的有效散射光信號(hào)強(qiáng)度比自發(fā)拉曼散射提高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)還具有方向性強(qiáng)、抗噪聲、熒光性好、脈沖效率高和所需脈沖輸入能量小等優(yōu)點(diǎn)，適合于含有高濃度顆粒的兩相流場非清潔火焰的溫度診斷。 （三）激光干涉測(cè) 溫方法 基于干涉原理的各種光學(xué)方法測(cè)量介質(zhì)的溫度場，均可以等效為測(cè)量介質(zhì)的折射率分布。隨著新材料、新工藝以及一些新技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍更加拓展。主要是采用熱電偶絲材鍍膜或采用高致密保護(hù)套管隔絕等技術(shù)，可以延長鎢錸熱電偶在氧化氣氛下的使用時(shí)間，使之不局限在還原條件下使用，可在一定程度上取代鉑銠等貴金屬蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 熱電偶。 （四）輻射測(cè)溫技術(shù) 隨著光電和紅外探測(cè)器的發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣的紅外測(cè)溫儀，紅外測(cè)溫技術(shù)得到了更多的應(yīng)用。其中，光纖既是傳輸媒體也是傳感媒體，利用光纖后向喇曼散射的溫度效應(yīng)，可以對(duì)光纖所在的溫度場進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，利用光時(shí)域反射技術(shù) (OTDR)可以對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行精蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 確定位。其次對(duì)電阻焊的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)和影響因素進(jìn)行了描述。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。 3） 在高溫或長期使用時(shí)，因受被測(cè)介質(zhì)影響或氣氛腐蝕作用（如氧化、還原等）而發(fā)生劣化。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(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。偶絲直徑規(guī)定為 ，允許偏差 ，其正極（ SP）的名義化學(xué)成分為 鉑銠合金，其中含銠為 + 1 金屬 A 加熱 E（ AB） 2 金屬 B 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 10%，含鉑為 90%，負(fù)極（ SN）為純鉑，故俗稱單鉑銠熱電偶。 R 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，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 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，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 命長，測(cè)溫上限高等優(yōu)點(diǎn)。 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。 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。它的正極（ TP）是純銅，負(fù)極（ TN）為銅鎳合金，常之為康銅，它與鎳鉻 康銅的康銅 EN 通用，與鐵 康銅的康銅 JN 不能通用，盡管它們都叫康銅，銅 銅鎳熱電偶的蓋測(cè)量溫區(qū)為 200~350℃ 。電橋的三個(gè)橋臂為標(biāo)準(zhǔn)電阻，另外有一個(gè)橋臂由（銅）熱電阻構(gòu)成。熱電偶就是利用熱電效應(yīng)來測(cè)量溫度的。各電勢(shì)的方向如圖 中所示。這條定理說明， 熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。 （三）薄膜 熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料用真空蒸鍍、化學(xué)涂層等辦法蒸鍍到絕緣基板上而制成的一種特殊熱電偶， 薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得很?。杀〉?～ m），具有熱容量小、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，熱響應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。在較精密的溫度測(cè)量中，使用無保護(hù)套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應(yīng)及時(shí)校正及更換。將熱電偶延長到一個(gè)恒定的溫度處，補(bǔ)償了熱電偶的熱電勢(shì)，即 。計(jì)算接反后造成溫度誤差為： EAB=(t45 , 0℃ )= EAB=(t18 , 0℃ )= Δ E=2EAB(t45t18)= 相當(dāng)于 ℃ 。 二、 熱電偶的使用壽命 熱電偶的劣化是一個(gè)量變過程，對(duì)其定量很困難，將隨熱電偶的種類﹑直徑 、使用溫度 、 氣氛 、 時(shí)間的不同而變化。因此，在多數(shù)場合下，保護(hù)管的壽命決定了熱電偶?jí)勖Ｒ虼?，熱電偶在生產(chǎn)使用。對(duì) B﹑ R﹑ S型熱電偶而言為 2021h,K﹑ E﹑ J﹑ T型熱電偶為 10000h。伴隨上述變化，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也其敏感的發(fā)生變化。分析事故中，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償導(dǎo)線接反，校正后，爐內(nèi)溫度為 973℃ 。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 熱電偶的自由端溫度不是一個(gè)恒定值。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減 小時(shí)間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。 (一 ) 絕緣變差而引入的誤差 如熱電偶絕緣了，保護(hù)管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴(yán)重，這不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗而且還會(huì)引入干擾，由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上百度。 （二）鎧裝型熱電偶 鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。 第三節(jié) 熱電偶基本定律與結(jié)構(gòu)形式 一、熱電偶基本定律 （一）均質(zhì)導(dǎo)體定律 由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與兩材料及兩接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無關(guān)。為了便于分析問題，溫差電勢(shì)有時(shí)也寫成下面的形式，即 eA(t， to)=eA(t)eA(to)。焊接起來的一端置于被測(cè)溫度 t處，稱為熱電偶的熱端 (或稱測(cè)量端、工作端 )；非焊接端稱為冷端 (或參考端、自由端 )，冷端則置于被測(cè)對(duì)象之外溫度為 to 的環(huán)境中。在冷端采取一蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償 。 J 型熱電偶可用于真空，氧化，還原和惰性氣氛中，但正極鐵在高溫下氧化較快，故使用溫度受到限制，也不能直接無保護(hù)地在高溫下用于硫化氣氛中。 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)量蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 微小的 溫度變化。 K 型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中。偶絲直徑規(guī)定為，允許偏差 ，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。 （二）（ 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。 ④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。 （二）缺點(diǎn) 1） 測(cè)量準(zhǔn)確度難以超過 ℃ 。常用的熱電偶從 50~+1600℃ 均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到 269℃ （如