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K型热电偶

K型热电偶

词条创建时间:2021-07-01浏览次数:1210

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。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。

K型热电偶测温原理

图1 热电偶温度计示意图.jpg

图1 热电偶温度计示意图

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。

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。

K型热电偶响应时间测量

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。

K型热电偶四大定律

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。

K型热电偶特点

综述

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。

测量范围及允许误差范围

热电偶类别代号分度号测量范围基本误差限
镍铬-康铜WRKE0-800℃±0.75%t
镍铬-镍硅WRNK0-1300℃±0.75%t

注:t为感温元件实测温度值(℃)电场强度越高,因而接触电势也就越大。这样将1产生的温差热电势通过连接导线2在显示仪表3中显示出来。

时间常数

热惰性级别时间常数(秒)热惰性级别时间常数(秒)
90-18044499
30-90

热电偶公称压力:一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而破裂。

热电偶 最小插入深度:应不小于其保护套管外径的8-10倍(特列产品例外)

绝缘电阻:当周围空气温度为15-35℃,相对湿度<80%时绝缘电阻≥5兆欧(电压100V)。具有防溅式接线盒的热电偶,当相对温度为93± 3℃ 时,绝缘电阻≥0.5兆欧(电压100V)

高温下的绝缘电阻:K型热电偶在高温下,其热电极(包括双支式)与保护管以及双支热电极之间的绝缘电阻(按每米计)应大于下表规定的值。

规定的长时间使用温度(℃)试验温度(℃)绝缘电阻值(Ω)
≥60060072000
≥ 80080025000
≥100010005000

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
00-0.3919-0.7775-1.1561-1.5269-1.8894-2.2428-2.5866-2.9201-3.2427-3.3996-3.5536
温度010203040506070809095100
000.39690.79811.20331.61182.02312.43652.85123.26663.68193.88924.0962
1004.09624.50914.91995.32845.73456.13836.54026.94067.347.73917.93878.1385
2008.13858.53868.93999.34279.747210.153410.561310.970911.382111.794712.001512.2086
30012.208612.623613.039613.456613.874514.293114.712615.132715.553615.97516.18616.3971
40016.397116.819817.243117.666918.091118.515818.940919.366319.792120.218120.431220.6443
50020.644321.070621.497121.923622.3522.776423.202723.628824.054724.480224.692924.9055
60024.905525.330325.754726.178626.60227.024927.447127.868628.289528.709628.919429.129
70029.12929.547629.965330.382230.798331.213531.627732.04132.453432.864933.070333.2754
80033.275433.684934.093434.50134.907535.313135.717736.121236.523836.925437.125837.3259
90037.325937.725538.12438.521538.91839.313539.70840.101540.493940.885341.080641.2756
100041.275641.664942.053142.440342.826343.211243.595143.977744.359344.739644.929345.1187
110045.118745.496645.873346.248746.622746.995547.366847.736848.105448.472648.655648.8382
120048.838249.202449.565149.926350.285850.643951.000351.355251.708552.060252.235452.4103
130052.410352.758853.105853.451253.795254.137754.478854.8186




K型热电偶产品资料

WR


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






016mm金属保护管






120mm金属保护管




安装固定形式接线盒形式216mm瓷保护管






320mm瓷保护管






425mm瓷保护管
WR-

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型热电偶安装注意事项

(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

(7)接线要合理美观,表针指示要正确。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。