【正文】 金鐵鎳鉻），最高可達 +2800℃ （如鎢 錸）。 第三節(jié) 研究的主要內(nèi)容 本文以測量溫度為背景，闡述了測量溫度的一些常用方法，并以熱電偶溫度計為研究重點，文章中首先闡述了熱電偶的種類、電勢產(chǎn)生的基本原理， 冷端 補償原理 、結(jié)構(gòu)形式及誤差分析。還有一種測量鋼水溫度的消耗型光纖溫度傳感器，也是基于以上原理，由普通石英光纖實現(xiàn)測溫，因其價格低、準確度高的特點可以取代消耗型貴金屬熱電偶。 （三）溫度傳感器保護套管材料 保護套管材料在溫度測量中對敏感元件起著保護作用 ,對其測量準確度和使用壽命有很大影響，可由金屬、非金屬或金屬陶瓷等材料制成。目前國外 N 型熱電偶得到了廣泛的應用 ,而國內(nèi)應用仍舊不是很普遍，但隨著對加工產(chǎn)品質(zhì)量控制要求的提高， N 型熱電偶使用將會越來越多。微波衰減法可以用來測量火焰溫度，其原理是當入射微波通過火焰時，與火焰中的等離子體相互作用，使射出的微波強度減弱，通過測量入射微波的衰減程度可以確定火 焰氣體的溫度。當背景光源的自然光線照射并通過鈉蒸氣時，調(diào)節(jié)背景光使鈉譜線在背景的連續(xù)光譜中消失時，光源的亮溫就等于火焰的溫度。由于自發(fā)拉曼散射的信號微弱且非相干，對于 許多具有光亮背景和熒光干擾的實際體系，它的應用受到一定的限制。全輻射高溫計結(jié)構(gòu)相對簡單，但其易受被測對象發(fā)射率和中間介質(zhì)影響比較大，測溫偏差較大，不適合用于測量發(fā)射率低的目標。從信號檢測的原理分類，可分為相干型和強度型兩種：相干型光纖傳感器檢測受溫度影響后光纖中光相位和偏振的變化，光路比較復雜，對光器件、光纖的要 求比較高；而強度型則檢測光強隨溫度的變化，結(jié)構(gòu)相對簡單，性能可靠，成本較低。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可以將感溫元件和相關(guān)電子線路集成在一個小芯片上，構(gòu)成一個小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片，輸出信號可以是電壓、頻率，或者是總線數(shù)字信號，使用非常方便 ,適用于便攜式設(shè)備。 （一）電量式測溫方法 電量式測溫方法主要利用材料的電勢、電阻或電磁性與溫度的 函數(shù)關(guān)系進行溫度測量，包括熱電偶溫度測量、熱電阻和熱敏電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等。 2） 相應速度、互換性及可靠性如何。 一切互為熱平衡的物體都具有相同溫度，這是用溫度計測量溫度的基本原理 。這時如果再將 E 與 F 接觸，則發(fā)現(xiàn) E 和 F 的狀態(tài)都不在發(fā)生變化，說明 E 和 F 也達到熱平衡。由于溫度這個量比較特殊，只能借助于物理量來間接表示，因此溫度的尺子不能像長度的尺子那樣明顯，它是利用一些物質(zhì)的“相平衡溫度”作為固定點刻在“標尺”上，而固定點中間的溫度值則是利用一種函數(shù)關(guān)系來描述，稱為內(nèi)插函數(shù)（或稱內(nèi)插方程）。迄今為止，還沒有適應整個溫度范圍用的溫度計（或物質(zhì)）。但是，要準確地測量被測物體的溫度是很困難的，無論采用準確度多么高的溫度計，如 果溫度計選擇不當，或者測試方法不適宜，均不能得到滿意結(jié)果。蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） I 蘭州交通大學 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 題 目： 快速響應熱電偶焊接技術(shù)與性能研究 學 院： 機電工程 學院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 指導教師： 徐立新 老師 班 級： 成型 091 班 姓 名： 安志龍 學 號： 202104923 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） I摘 要 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一， 是通過測量熱電動勢來實現(xiàn)測溫的，即熱電偶測溫是基于熱電勢轉(zhuǎn)化現(xiàn)象 —— 熱電現(xiàn)象。它是國際單位制中 7 個基本物理量之一，也是工業(yè)生產(chǎn)中 ,尤其是熱力學中的主要工藝參數(shù)。但是。預先要在尺子上刻線后，此能用來測量長度。將 D 與 E 相互隔絕開，但是他們同時與 F 接觸，經(jīng)過一段時間后， D 與 E 以及 D 與 F 都達到了熱平衡。因此，溫度可表征物體內(nèi)部大量分子無規(guī)則運動的程度。 溫度計選擇原則如下 ： 1） 使用溫度范圍、準確度、最小分度值及測量誤差是否能達到要求。接觸測溫法在測量時需要與被測物體或介質(zhì)充分接觸，一般測量的是被測對象和傳感器的平衡溫度，在測量時，由于溫度計的自生因素，因此接觸式測溫會對被測溫度有一定干擾。石英晶體溫度傳感器穩(wěn)定性很好，可用于高精度和高分辨力的測量場合。光纖式溫度測量技術(shù)近年來發(fā)展迅速，根據(jù)光纖所起的作用，可分為兩類：一類是利用光纖本身具有的某種敏感功能測量溫度，屬于功能型傳感器；另一類，光纖僅僅起到傳輸光信號的作用，必須在光纖端面配合其他敏感元件才能實現(xiàn)測量，稱為傳輸型傳感器。 (一 ) 輻射式測溫方法 輻射式測溫方法是以熱輻射定律為基礎(chǔ)的，由于實際物體往往是非黑體，因此，引入了輻射溫度、亮度溫度和顏色溫度等表觀溫度的概念，基于以上三種表觀溫度測量方法的高溫計分別稱為全輻射高溫計、 比色式和亮度式高溫計。相比而言，拉曼散射光譜測溫技術(shù)的實用性更好，常用拉曼散射光譜來測量溫度。它的基本原理是在目標火焰中均勻地加入微量鈉鹽，產(chǎn)生兩條波長為 5889195!和 5895192!的黃色明亮譜線。這種方法可以用于測量高溫氣體或液體的溫度，在高溫時會有更高的靈敏度。與 K 型熱電偶相比 , N 型熱電偶的高溫穩(wěn)定性與使用壽命均明顯提高。目前取得進展的非金屬熱電偶有 CTiC (ZrB NbC、 SiC)、 SiCSiC、ZrB2(NbC) ZrC、 MoSi2WSi2 以及 B4CC 等。如藍寶石黑體空腔式光纖高溫計，具有測溫高、響應快、壽命長的特點，可以部分取代貴金屬熱電偶。利用這些原理制作的光纖多點溫度傳感器，可以應用在油井溫度測量、大壩或地質(zhì)災害監(jiān)測、飛機蒙皮的健康監(jiān)測方面等場合，具有很好的應用前景 ,是近幾年溫度測量技術(shù)發(fā)展的重點之一。 ② 測量范圍廣。 5) 適于遠距離測量與自動控制。當導體 A 和 B 的兩個執(zhí)著點 1 和 2 之間存在溫差時，兩者之間便 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 產(chǎn)生電動勢 ,因而在回路中形成一個大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱為熱電效應。 ③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠 。 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。 （三） 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。正極（ KP）的名義化學成分為： Ni： Cr=90： 10，負極（ KN）的名義化 學成分為： Ni： Si=97： 3，其使用溫度為 200~1300℃ 。該熱電偶的使用溫度為 200~900℃ 。 J 型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價格便宜等優(yōu)點 ,廣為用戶所采用。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將影響嚴重測量的準確性。 第二節(jié) 熱電偶測溫原理 熱電偶是通過把兩根不同的導體或半導體線狀材料 A 和 B 的一端焊接起來而形成的， A、 B 就稱為熱電極 (或熱電偶絲 )。 圖 接觸電勢 二、溫差電勢 因?qū)w的自由電子密度會隨溫度升高而增大，因此當同一導體兩端溫度不同時 (如圖 23 所示 )，溫度高的一端自由電子密度將高于溫度低的一端，因此在兩端之間也會出現(xiàn)與接觸電勢中相似的自由電子擴散過程，最終在導體的兩端間產(chǎn)生電位差，建立起電勢，這種電勢被稱為溫差電勢，用符號 eA(t， to)表示，其大小與導體兩端溫度 t、 to 及導體性質(zhì)有關(guān)，如圖 所示由 低溫端指向高溫端。因此，測得熱電勢 EAB(t，to)，就可以確定被測溫度 t 的數(shù)值，這就是熱電偶測量溫度的原理。普通型熱電偶按其安裝時的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動法蘭連接、無固定裝置等多種形式。 如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實溫度等，換句話說，熱電偶不應裝在太靠近門和加熱的地方，插入的深度至少應為保護管直徑的 8～ 10蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 倍；熱電偶的保護套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使爐內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護管和爐壁孔之間的空隙應用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的 準確性；熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃ ；熱電偶的安裝應盡可能避開強磁場和強電場，所以不應把熱電偶和動力電纜線裝在同一根導管內(nèi)以免引入干擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測介質(zhì)很少流動的區(qū)域內(nèi)，當用熱電偶測量管內(nèi)氣體溫度時，必須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。為了準確的測量溫度，應當選擇時間常數(shù)小的熱電偶。熱電勢的大小與兩端溫度差有關(guān)。液火后，工件出現(xiàn)紋狀，使一爐工件報廢。同時合金中含有少量雜質(zhì)，其位置或形狀也將發(fā)生變化，而且，對周圍環(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應。日本有關(guān)熱電偶使用壽命的要求，是依據(jù)日本 JIS（ C16021995）標準中規(guī)定的熱電偶連續(xù)使用蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 時間。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 第三章 熱電偶的焊接技術(shù) 熱電偶測量端焊接質(zhì)量的好壞直接影響熱電偶測量溫度的可靠性。對熱電偶的實際使用壽命的判斷，必須是通過長期收集﹑積累實際使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，才有可能給出較準確的結(jié)果 [。熱電偶的使用壽命是指熱電偶劣化發(fā)展到超過允許誤差，甚至斷線不能使用的時間。 以上事例說明，熱電偶補償導線接反后，能引起相當大的溫度誤差。 在日常檢測過程中，有不少廠家電工對補償導線的作用不了解，只知道補償導線是熱電偶與儀表連接 的專用線。 （三） 熱阻誤差 高溫時，如保護管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導，這時溫度示值比被測溫度的真值低。測溫環(huán)境許可時，甚至可將保護管取去。 第四節(jié) 熱電偶的正確使用 與測量方法 正確使用熱電偶不但可以準確得到溫度的數(shù)值，保證產(chǎn)品合格，而且還可以節(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）中間導體定律 利用熱電偶進行測溫，必須在回路中引入連接導線和儀表，接入導線和儀表后會不會影響回路中的熱電勢呢？中間導體定律說明，在熱電偶測溫回路內(nèi)，接入第三種導體時，只要第三種導體的兩端溫度相同，則對回路的總熱電勢沒有影響。這時，回路的總電勢，即熱電勢 EAB(t， to)是這些接觸電勢和溫差電勢的代數(shù)和，即 EAB(t,to)= eAB(t) eA(t,to) eAB(to) + eB(t,to) = eAB(t)[eA(t)eA(to)] eAB(to)+[eB(t) eB(to)] = [eAB(t)eA(t) + eB(t)] [eAB(to)eA(to)+eB(to)] = fAB(t)– fAB(to) 由于溫差電勢比接觸電勢小，又 tto，所以在總電勢 EAB(t， to)中，接觸電勢 eAB(t)所占百分比最大，故總電勢 EAB(t， to)的方向取決于 eAB(t)的方向。進一步的研究表明，熱電勢是由接觸電勢和溫差電組成的。當冷端溫度變化（比如升高），熱電偶產(chǎn)生的熱電勢也將變化（減小），而此時串聯(lián)電橋中的熱電阻阻值也將變化并使電橋兩端的電壓也發(fā)生變化（升高）。 二、 熱電偶冷端的溫度補償 由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端 子上。 E 型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性氣氛中，熱電勢均勻性較差。 （五）（ 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驗室研制成功的它克服了 K 型熱電偶的 兩個重要缺點： 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勢不穩(wěn)定；在 800℃ 左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動勢不穩(wěn)定。適用于氧化性和惰性氣氛 中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。其物理，化學性能良好，熱電勢穩(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。該熱電偶長期最高使用溫度為 1300℃ ，短期最高使用溫度為 1600℃ 。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。