【正文】 金鐵鎳鉻），最高可達(dá) +2800℃ （如鎢 錸）。 第三節(jié) 研究的主要內(nèi)容 本文以測(cè)量溫度為背景，闡述了測(cè)量溫度的一些常用方法，并以熱電偶溫度計(jì)為研究重點(diǎn)，文章中首先闡述了熱電偶的種類、電勢(shì)產(chǎn)生的基本原理， 冷端 補(bǔ)償原理 、結(jié)構(gòu)形式及誤差分析。還有一種測(cè)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(shí)現(xiàn)測(cè)溫，因其價(jià)格低、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)可以取代消耗型貴金屬熱電偶。 （三）溫度傳感器保護(hù)套管材料 保護(hù)套管材料在溫度測(cè)量中對(duì)敏感元件起著保護(hù)作用 ,對(duì)其測(cè)量準(zhǔn)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(guó)外 N 型熱電偶得到了廣泛的應(yīng)用 ,而國(guó)內(nèi)應(yīng)用仍舊不是很普遍，但隨著對(duì)加工產(chǎn)品質(zhì)量控制要求的提高， N 型熱電偶使用將會(huì)越來(lái)越多。微波衰減法可以用來(lái)測(cè)量火焰溫度，其原理是當(dāng)入射微波通過(guò)火焰時(shí)，與火焰中的等離子體相互作用，使射出的微波強(qiáng)度減弱，通過(guò)測(cè)量入射微波的衰減程度可以確定火 焰氣體的溫度。當(dāng)背景光源的自然光線照射并通過(guò)鈉蒸氣時(shí)，調(diào)節(jié)背景光使鈉譜線在背景的連續(xù)光譜中消失時(shí)，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(hào)微弱且非相干，對(duì)于 許多具有光亮背景和熒光干擾的實(shí)際體系，它的應(yīng)用受到一定的限制。全輻射高溫計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但其易受被測(cè)對(duì)象發(fā)射率和中間介質(zhì)影響比較大，測(cè)溫偏差較大，不適合用于測(cè)量發(fā)射率低的目標(biāo)。從信號(hào)檢測(cè)的原理分類，可分為相干型和強(qiáng)度型兩種：相干型光纖傳感器檢測(cè)受溫度影響后光纖中光相位和偏振的變化，光路比較復(fù)雜，對(duì)光器件、光纖的要 求比較高；而強(qiáng)度型則檢測(cè)光強(qiáng)隨溫度的變化，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(gè)小芯片上，構(gòu)成一個(gè)小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片，輸出信號(hào)可以是電壓、頻率，或者是總線數(shù)字信號(hào)，使用非常方便 ,適用于便攜式設(shè)備。 （一）電量式測(cè)溫方法 電量式測(cè)溫方法主要利用材料的電勢(shì)、電阻或電磁性與溫度的 函數(shù)關(guān)系進(jìn)行溫度測(cè)量，包括熱電偶溫度測(cè)量、熱電阻和熱敏電阻溫度測(cè)量、集成芯片溫度測(cè)量等。 2） 相應(yīng)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(jì)測(cè)量溫度的基本原理 。這時(shí)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(shuō)明 E 和 F 也達(dá)到熱平衡。由于溫度這個(gè)量比較特殊，只能借助于物理量來(lái)間接表示，因此溫度的尺子不能像長(zhǎng)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(diǎn)刻在“標(biāo)尺”上，而固定點(diǎn)中間的溫度值則是利用一種函數(shù)關(guān)系來(lái)描述，稱為內(nèi)插函數(shù)（或稱內(nèi)插方程）。迄今為止，還沒(méi)有適應(yīng)整個(gè)溫度范圍用的溫度計(jì)（或物質(zhì)）。但是，要準(zhǔn)確地測(cè)量被測(cè)物體的溫度是很困難的，無(wú)論采用準(zhǔn)確度多么高的溫度計(jì)，如 果溫度計(jì)選擇不當(dāng)，或者測(cè)試方法不適宜，均不能得到滿意結(jié)果。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 蘭州交通大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題 目： 快速響應(yīng)熱電偶焊接技術(shù)與性能研究 學(xué) 院： 機(jī)電工程 學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 指導(dǎo)教師： 徐立新 老師 班 級(jí)： 成型 091 班 姓 名： 安志龍 學(xué) 號(hào)： 202104923 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I摘 要 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一， 是通過(guò)測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫的，即熱電偶測(cè)溫是基于熱電勢(shì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象 —— 熱電現(xiàn)象。它是國(guó)際單位制中 7 個(gè)基本物理量之一，也是工業(yè)生產(chǎn)中 ,尤其是熱力學(xué)中的主要工藝參數(shù)。但是。預(yù)先要在尺子上刻線后，此能用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度。將 D 與 E 相互隔絕開(kāi)，但是他們同時(shí)與 F 接觸，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后， D 與 E 以及 D 與 F 都達(dá)到了熱平衡。因此，溫度可表征物體內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的程度。 溫度計(jì)選擇原則如下 ： 1） 使用溫度范圍、準(zhǔn)確度、最小分度值及測(cè)量誤差是否能達(dá)到要求。接觸測(cè)溫法在測(cè)量時(shí)需要與被測(cè)物體或介質(zhì)充分接觸，一般測(cè)量的是被測(cè)對(duì)象和傳感器的平衡溫度，在測(cè)量時(shí)，由于溫度計(jì)的自生因素，因此接觸式測(cè)溫會(huì)對(duì)被測(cè)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(cè)量場(chǎng)合。光纖式溫度測(cè)量技術(shù)近年來(lái)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(cè)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(hào)的作用，必須在光纖端面配合其他敏感元件才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量，稱為傳輸型傳感器。 (一 ) 輻射式測(cè)溫方法 輻射式測(cè)溫方法是以熱輻射定律為基礎(chǔ)的，由于實(shí)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(cè)量方法的高溫計(jì)分別稱為全輻射高溫計(jì)、 比色式和亮度式高溫計(jì)。相比而言，拉曼散射光譜測(cè)溫技術(shù)的實(shí)用性更好，常用拉曼散射光譜來(lái)測(cè)量溫度。它的基本原理是在目標(biāo)火焰中均勻地加入微量鈉鹽，產(chǎn)生兩條波長(zhǎng)為 5889195!和 5895192!的黃色明亮譜線。這種方法可以用于測(cè)量高溫氣體或液體的溫度，在高溫時(shí)會(huì)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(jìn)展的非金屬熱電偶有 CTiC (ZrB NbC、 SiC)、 SiCSiC、ZrB2(NbC) ZrC、 MoSi2WSi2 以及 B4CC 等。如藍(lán)寶石黑體空腔式光纖高溫計(jì)，具有測(cè)溫高、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，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(diǎn)溫度傳感器，可以應(yīng)用在油井溫度測(cè)量、大壩或地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、飛機(jī)蒙皮的健康監(jiān)測(cè)方面等場(chǎng)合，具有很好的應(yīng)用前景 ,是近幾年溫度測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。 ② 測(cè)量范圍廣。 5) 適于遠(yuǎn)距離測(cè)量與自動(dòng)控制。當(dāng)導(dǎo)體 A 和 B 的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn) 1 和 2 之間存在溫差時(shí)，兩者之間便 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ,因而在回路中形成一個(gè)大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 ③ 補(bǔ)償導(dǎo)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(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。 （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(xué)成分為： Ni： Cr=90： 10，負(fù)極（ KN）的名義化 學(xué)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(dòng)勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) ,廣為用戶所采用。若測(cè)量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將影響嚴(yán)重測(cè)量的準(zhǔn)確性。 第二節(jié) 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶是通過(guò)把兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體線狀材料 A 和 B 的一端焊接起來(lái)而形成的， A、 B 就稱為熱電極 (或熱電偶絲 )。 圖 接觸電勢(shì) 二、溫差電勢(shì) 因?qū)w的自由電子密度會(huì)隨溫度升高而增大，因此當(dāng)同一導(dǎo)體兩端溫度不同時(shí) (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(huì)出現(xiàn)與接觸電勢(shì)中相似的自由電子擴(kuò)散過(guò)程，最終在導(dǎo)體的兩端間產(chǎn)生電位差，建立起電勢(shì)，這種電勢(shì)被稱為溫差電勢(shì)，用符號(hào) eA(t， to)表示，其大小與導(dǎo)體兩端溫度 t、 to 及導(dǎo)體性質(zhì)有關(guān)，如圖 所示由 低溫端指向高溫端。因此，測(cè)得熱電勢(shì) EAB(t，to)，就可以確定被測(cè)溫度 t 的數(shù)值，這就是熱電偶測(cè)量溫度的原理。普通型熱電偶按其安裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動(dòng)法蘭連接、無(wú)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(shí)溫度等，換句話說(shuō)，熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門(mén)和加熱的地方，插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的 8～ 10蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 倍；熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對(duì)流而影響測(cè)溫的 準(zhǔn)確性；熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過(guò)100℃ ；熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開(kāi)強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)，所以不應(yīng)把熱電偶和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測(cè)介質(zhì)很少流動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)用熱電偶測(cè)量管內(nèi)氣體溫度時(shí)，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(zhǔn)確的測(cè)量溫度，應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。熱電勢(shì)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(bào)廢。同時(shí)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(duì)周?chē)h(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)。日本有關(guān)熱電偶使用壽命的要求，是依據(jù)日本 JIS（ C16021995）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的熱電偶連續(xù)使用蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 時(shí)間。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第三章 熱電偶的焊接技術(shù) 熱電偶測(cè)量端焊接質(zhì)量的好壞直接影響熱電偶測(cè)量溫度的可靠性。對(duì)熱電偶的實(shí)際使用壽命的判斷，必須是通過(guò)長(zhǎng)期收集﹑積累實(shí)際使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，才有可能給出較準(zhǔn)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(guò)允許誤差，甚至斷線不能使用的時(shí)間。 以上事例說(shuō)明，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接反后，能引起相當(dāng)大的溫度誤差。 在日常檢測(cè)過(guò)程中，有不少?gòu)S家電工對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線的作用不了解，只知道補(bǔ)償導(dǎo)線是熱電偶與儀表連接 的專用線。 （三） 熱阻誤差 高溫時(shí)，如保護(hù)管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導(dǎo)，這時(shí)溫度示值比被測(cè)溫度的真值低。測(cè)溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護(hù)管取去。 第四節(jié) 熱電偶的正確使用 與測(cè)量方法 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(dǎo)體定律 利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表，接入導(dǎo)線和儀表后會(huì)不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)呢？中間導(dǎo)體定律說(shuō)明，在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi)，接入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。這時(shí)，回路的總電勢(shì)，即熱電勢(shì) EAB(t， to)是這些接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)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(shì)比接觸電勢(shì)小，又 tto，所以在總電勢(shì) EAB(t， to)中，接觸電勢(shì) eAB(t)所占百分比最大，故總電勢(shì) EAB(t， to)的方向取決于 eAB(t)的方向。進(jìn)一步的研究表明，熱電勢(shì)是由接觸電勢(shì)和溫差電組成的。當(dāng)冷端溫度變化（比如升高），熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)也將變化（減?。藭r(shí)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(bǔ)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(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)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(shì)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，是在 70 年代初由澳大利亞國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室研制成功的它克服了 K 型熱電偶的 兩個(gè)重要缺點(diǎn)： 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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(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。該熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為 1300℃ ，短期最高使用溫度為 1600℃ 。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。