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k型热电偶
    发布时间: 2017-04-14 16:10    
K型热电偶是一种温度传感器,K型热电偶通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。

概述
K型热电偶作为一种温度传感器,K型热电偶通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。
K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。
K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶,其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2mm~4.0mm。
正极(KP)的名义化学成分为:Ni:Cr=90:10,负极(KN)的名义化学成分为:Ni:Si=97:3,其使用温度为-200℃~1300℃。
K型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜等优点,能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。
K型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛。


测温原理
热电偶测温必须由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。下图是最简单的热电偶测温示意图。
按右图组成的热电偶蕊及测温电偶丝1 ,如果将热电偶的热端加热,使得冷、热两端的温度不同,则在该热电偶回路中就会产生热电势,这种物理现象就称为热电现象(即热电效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和接触电势两部分组成。接触电势:它是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。当两种不同的导体A和B相接触时,假设导体A和B的电子密度分别为Na和Nb并且Na>Nb,则在两导体的接触面上,电子在两个方向的扩散率就不相同,由导体A扩散到导体B的电子数比从B扩散到A的电子数要多。导体A失去电子而显正电,导体B获得电子而显负电。因此,在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静电场,这个电场将阻碍扩散运动的继续进行,同时加速电子向相反方向运动,使从B到A的电子数增多,最后达到动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差,这个电位差称为接触电势。此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有关,当两种导体的材料一定,接触电势仅与其接点温度有关。温度越高,导体中的电子就越活跃,由A导体扩散到B导体的电子就越多,接触面处所产生的电动势就越大,即接触电势越大。


特点
简介
检出(测温)元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。必须配二次仪表,其优点是:
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。
③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
2根据温度测量范围及精度,选用相应分度号的热电偶
使用温度在1300~1800℃,要求精度又比较高时,一般选用B型热电偶;要求精度不高,气氛又允许可用钨铼热电偶,高于1800℃一般选用钨铼热电偶;使用温度在1000~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N型热电偶;在1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶,低于400℃一般用E型热电偶;250℃下以及负温测量一般用T型电偶,在低温时T型热电偶稳定而且精度高。

分度表

温度单位:℃ 电压单位:mV) 参考温度点:0℃(冰点)
温度
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-95
-100
-200
-5.8914
-6.0346
-6.1584
-6.2618
-6.3438
-6.4036
-6.4411
-6.4577
-100
-3.5536
-3.8523
-4.1382
-4.4106
-4.669
-4.9127
-5.1412
-5.354
-5.5503
-5.7297
-5.8128
-5.8914
0
0
-0.3919
-0.7775
-1.1561
-1.5269
-1.8894
-2.2428
-2.5866
-2.9201
-3.2427
-3.3996
-3.5536
温度 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
95
100
0
0
0.3969
0.7981
1.2033
1.6118
2.0231
2.4365
2.8512
3.2666
3.6819
3.8892
4.0962
100
4.0962
4.5091
4.9199
5.3284
5.7345
6.1383
6.5402
6.9406
7.34
7.7391
7.9387
8.1385
200
8.1385
8.5386
8.9399
9.3427
9.7472
10.1534
10.5613
10.9709
11.3821
11.7947
12.0015
12.2086
300
12.2086
12.6236
13.0396
13.4566
13.8745
14.2931
14.7126
15.1327
15.5536
15.975
16.186
16.3971
400
16.3971
16.8198
17.2431
17.6669
18.0911
18.5158
18.9409
19.3663
19.7921
20.2181
20.4312
20.6443
500
20.6443
21.0706
21.4971
21.9236
22.35
22.7764
23.2027
23.6288
24.0547
24.4802
24.6929
24.9055
600
24.9055
25.3303
25.7547
26.1786
26.602
27.0249
27.4471
27.8686
28.2895
28.7096
28.9194
29.129
700
29.129
29.5476
29.9653
30.3822
30.7983
31.2135
31.6277
32.041
32.4534
32.8649
33.0703
33.2754
800
33.2754
33.6849
34.0934
34.501
34.9075
35.3131
35.7177
36.1212
36.5238
36.9254
37.1258
37.3259
900
37.3259
37.7255
38.124
38.5215
38.918
39.3135
39.708
40.1015
40.4939
40.8853
41.0806
41.2756
1000
41.2756
41.6649
42.0531
42.4403
42.8263
43.2112
43.5951
43.9777
44.3593
44.7396
44.9293
45.1187
1100
45.1187
45.4966
45.8733
46.2487
46.6227
46.9955
47.3668
47.7368
48.1054
48.4726
48.6556
48.8382
1200
48.8382
49.2024
49.5651
49.9263
50.2858
50.6439
51.0003
51.3552
51.7085
52.0602
52.2354
52.4103
1300
52.4103
52.7588
53.1058
53.4512
53.7952
54.1377
54.4788
54.8186
 


K型热电偶选型资料
W
R
规格
内容
N
镍铬-镍硅 K
K
镍铬-铜镍 (镍铬-康铜)E
1
无固定式装置式
2
固定螺纹式
-
3
活动式法兰
4
固定法兰式
5
活动法兰角尺形式
6
固定螺纹锥形保护管式
2
防溅式
3
防水式
4
隔爆式
0
ø16mm保护管
1
ø25mm保护管(双层套管)
安装固定形式
接线盒形式
2
ø16mm高铝质管(单层套管)
3
ø20mm高铝质管
设计序号
W
R
-
ITS-90国际温度标准(JIS C 1602-1995,ASTM E230-1996,IEC 584-1-1995)
热电偶安装注意点
(1)热电偶应尽量垂直装在水平或垂直管道上,安装时应有保护套管,以方便检修和更换。
(2)热电偶的冷端应处在同一环境温度下,应使用同型号的补偿导线,且正负要接对。
(3)测量管道内温度时,元件长度应在管道中心线上(即保护管插入深度应为管径的一半)。
(4)温度动圈表安装时,开孔尺寸要合适,安装要美观大方。
(5)高温区使用耐高温电缆或耐高温补偿线。
(6)要根据不同的温度选择不同的测量元件。一般测量温度大于100℃时,应选择热电偶,小于100℃时选择热电阻。
(7)接线要合理美观,表针指示要正确。


K型热电偶热响应时间的测量
测量K型热电偶的热响应时间实际上是比较复杂的,不同的试验条件会产生不同的测量结果,这是由于受周围介质的换热率影响,换热率高,则热响应时间就短。
  为了使热电偶的热响应时间具有可比性,国家标准规定:热响应时间应在专用水流试验装置上进行。该装置的水流速度应保持0.4±0.05m/s,初始温度在5-45℃的范围内,温度阶 跃值为40-50℃。在试验过程中,水的温度变化应不大于温度阶跃值的±1%。被试热电偶的置入深度为150mm或设计的置入深度。
  由于热电偶在室温附近热电势很小,热响应时间不容易测出,因此国家标准规定可采用同规格的K型热电偶的热电极组件替换其自身的热电极组件,然后进行试验。
  试验时应记录热电偶的输出变化至相当于温度阶跃变化50%的时间T0.5,必要时可记录变化10%的热响应时间T0.1和变化90%的热响应时间T0.9。所记录的热响应时间,应是同一试验 至少三次测试结果的平均值,每次测量结果对于平均值的偏离应在±10%以内。此外,形成温度阶跃变化所需的时间不应超过被测试热电偶的T0.5的十分之一。记录仪器或仪表的响 应时间不应超过被试热电偶的T0.5的十分之一。


四大定律
1,均质导体定律
热电偶丝由同一种均质材料(导体或半导体)两端焊接组成闭合回路,无论导体截面如何以及温度如何分布,将不产生接触电势,温差电势相抵消,回路中总电势为零。
可见,热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀,由于温度梯存在,将会产生附加热电势。
2,中间导体定律
在热电偶回路中接入中间导体(第三导体),只要中间导体两端温度相同,中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响,这就是中间导体定律。
应用:依据中间导体定律,在热电偶实际测温应用中,常采用热端焊接、冷端开路的形式,冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。
有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值,在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律,是没有这个误差的!
3,中间温度定律
热电偶回路两接点(温度为T、T0)间的热电势,等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。
应用:由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时,不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取热端温度值;也不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取的温度值,再加上冷端温度确定热端被测温度值,需按中间温度定律进行修正。初学者经常不按中间温度定律来修正!
4,参考电极定律
这个定律是专业人士才研究、关注的,一般生产、使用环节的人士不太了解,简单说明就是:用高纯度铂丝做标准电极,假设镍铬-镍铬热电偶的正负极分别和标准电极配对,他们的值相加是等于这支镍铬-镍铬的值。
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