二、熱電偶的基本構(gòu)造：

    工業(yè)測(cè)溫用的熱電偶，其基本構(gòu)造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等。

    常用熱電偶絲材及其性能：                     

１、鉑銠10－鉑熱電偶（分度號(hào)為Ｓ，也稱為單鉑銠熱電偶該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑；它的特點(diǎn)是：                  

（１）熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)1300℃，超達(dá)1400℃時(shí)，即使在空氣中、純鉑絲也將會(huì)再結(jié)晶，使晶粒粗大而斷裂；                  

（２）精度高，它是在所有熱電偶中，準(zhǔn)確度等級(jí)最高的，通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量較高的溫度；                  

（３）使用范圍較廣，均勻性及互換性好；              

（４）主要缺點(diǎn)有：微分熱電勢(shì)較小，因而靈敏度較低；價(jià)格較貴，機(jī)械強(qiáng)度低，不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。                  

２、鉑銠13－鉑熱電偶（分度號(hào)為Ｒ，也稱為單鉑銠熱電偶）
        該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑，同S型相比，它的電勢(shì)率大15%左右，其它性能幾乎相同，該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界，作為高溫?zé)犭娕加玫米疃?，而在中?guó)，則用得較少；                  

３、鉑銠30－鉑銠6熱電偶（分度號(hào)為Ｂ，也稱為雙鉑銠熱電偶）                  

    該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金，負(fù)極為含銠6%的鉑銠合金，在室溫下，其熱電勢(shì)很小，故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線，可忽略冷端溫度變化的影響；長(zhǎng)期使用溫度為1600℃，短期為1800℃，因熱電勢(shì)較小，故需配用靈敏度較高的顯示儀表。           

    Ｂ型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用，也可以在真空氣氛中的短期使用；即使在還原氣氛下，其壽命也是Ｒ或Ｓ型的10～20倍；由于其電極均由鉑銠合金制成，故不存在鉑銠－鉑熱電偶負(fù)極上所有的缺點(diǎn)、在高溫時(shí)很少有大結(jié)晶化的趨勢(shì)，且具有較大的機(jī)械強(qiáng)度；同時(shí)由于它對(duì)于雜質(zhì)的吸收或銠的遷移的影響較少，因此經(jīng)過長(zhǎng)期使用后其熱電勢(shì)變化并不嚴(yán)重、缺點(diǎn)價(jià)格昂貴（相對(duì)于單鉑銠而言）。

４、鎳鉻－鎳硅（鎳鋁）熱電偶（分度號(hào)為Ｋ）                  

    該熱電偶的正極為含鉻10%的鎳鉻合金，負(fù)極為含硅3%的鎳硅合金（有些國(guó)家的產(chǎn)品負(fù)極為純鎳）。可測(cè)量0～1300℃的介質(zhì)溫度，適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200℃，長(zhǎng)期使用溫度為1000℃，其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線性，價(jià)格便宜，是目前用量最大的熱電偶。           

    Ｋ型熱電偶是抗氧化性較強(qiáng)的賤金屬熱電偶，不適宜在真空、含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛下裸絲使用；當(dāng)氧分壓較低時(shí)，鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化，使熱電勢(shì)發(fā)生很大變化，但金屬氣體對(duì)其影響較小，因此，多采用金屬制保護(hù)管。           

    Ｋ型熱電偶的缺點(diǎn)：           

   （1）熱電勢(shì)的高溫穩(wěn)定性較Ｎ型熱電偶及貴重金屬熱電偶差，在較高溫度下（例如超過1000℃）往往因氧化而損壞；           

   （2）在250～500℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即在同一溫度點(diǎn)，在升溫降溫過程中，其熱電勢(shì)示值不一樣，其差值可達(dá)2～3℃；
   （3）其負(fù)極在150～200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，致使在室溫至230℃范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表，尤其是在磁場(chǎng)中使用時(shí)往往出現(xiàn)與時(shí)間無關(guān)的熱電勢(shì)干擾；
   （４）長(zhǎng)期處于高通量中系統(tǒng)輻照環(huán)境下，由于負(fù)極中的錳（Ｍn）、鈷（Ｃo）等元素發(fā)生蛻變，使其穩(wěn)定性欠佳，致使熱電勢(shì)發(fā)生較大變化。           

５、鎳鉻硅－鎳硅熱電偶（分度號(hào)為Ｎ）
    該熱電偶的主要特點(diǎn)是：在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃范圍內(nèi)，Ｎ型熱電偶的熱電特性的線性比Ｋ型偶要好；但在低溫范圍內(nèi)（-200～400℃）的非線性誤差較大，同時(shí)，材料較硬難于加工。

６、銅－銅鎳熱電偶（分度號(hào)為Ｔ）
    T型熱電電偶,該熱電偶的正極為純銅，負(fù)極為銅鎳合金（也稱康銅），其主要特點(diǎn)是：在賤金屬熱電偶中，它的準(zhǔn)確度最高、熱電極的均勻性好；它的使用溫度是-200～350℃，因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過300℃，在-200～300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高，銅－康銅熱電偶還有一個(gè)特點(diǎn)是價(jià)格便宜，是常用幾種定型產(chǎn)品中最便宜的一種。

７、鐵－康銅熱電偶（分度號(hào)為Ｊ）
    J型熱電偶,該熱電偶的正極為純鐵，負(fù)極為康銅（銅鎳合金），具特點(diǎn)是價(jià)格便宜,適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中，溫度范圍從-200～800℃，但常用溫度只是500℃以下，因?yàn)槌^這個(gè)溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長(zhǎng)的壽命；該熱電偶能耐氫氣（Ｈ2）及一氧化碳（ＣＯ）氣體腐蝕，但不能在高溫（例如500℃）含硫（Ｓ）的氣氛中使用。                  

８、鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶（分度號(hào)為Ｅ）                  

    Ｅ型熱電偶是一種較新的產(chǎn)品，它的正極是鎳鉻合金，負(fù)極是銅鎳合金（康銅），其最大特點(diǎn)是在常用的熱電偶中，其熱電勢(shì)最大，即靈敏度最高；它的應(yīng)用范圍雖不及Ｋ型偶廣泛，但在要求靈敏度高、熱導(dǎo)率低、可容許大電阻的條件下，常常被選用；使用中的限制條件與Ｋ型相同，但對(duì)于含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。           

    除了以上8種常用的熱電偶外，作為非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶還有鎢錸熱電偶，鉑銠系熱電偶，銥鍺系熱電偶，鉑鉬系熱電偶和非金屬材料熱電偶等。           

    下表所列的是常用熱電偶的材料規(guī)格和線徑使用溫度的關(guān)系：

熱電偶分度號(hào)    線徑（mm）      長(zhǎng)期       短期

      Ｓ                 Φ0.5           1300      1600
                        

      Ｒ                 Φ0.5           1300      1600
                        

      Ｂ                 Φ0.5           1600      1800
                

      Ｋ                Φ1.2            800      1000
                                         

熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償
    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。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。

絕緣管                  

    該熱電偶的工作端被牢固地焊接在一起，熱電極之間需要用絕緣管保護(hù)。熱電偶的絕緣材料很多，大體上可分為有機(jī)和無機(jī)絕緣兩類，處于高溫端的絕緣物必須采用無機(jī)物，通常在1000以下選用粘土質(zhì)絕緣管，在1300以下選用高鋁管，在1600以下選用剛玉管。
 保護(hù)管           

    保護(hù)管的作用在于使用熱電偶電極不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，它不僅可延長(zhǎng)熱電偶的壽命，還可起到支撐和固定熱電極增加其強(qiáng)度的作用；因此，熱電偶保護(hù)管及絕緣選擇是否合適，將直接影響到熱電偶的使用壽命和測(cè)量的準(zhǔn)確度，被采用做保護(hù)管的材料主要分金屬和非金屬兩大類。

小結(jié)：

    熱電偶是工業(yè)溫度測(cè)量常用的傳感器，它具有精度高、經(jīng)濟(jì)和溫度寬的特點(diǎn)。熱電偶測(cè)量其熱端和冷端之間的溫度差。為了得到熱端感測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)溫度，必須測(cè)試?yán)涠藴囟群拖鄳?yīng)地調(diào)節(jié)熱電偶輸出?，F(xiàn)在，位于熱電偶信號(hào)處理單元輸入端的冷端同溫通?？烤哂懈邿釋?dǎo)率的材料片保持。熱導(dǎo)率381W/mK的銅是理想的材料。輸入連接必須電隔離，熱連路到片上。整個(gè)信號(hào)處理單元理想上應(yīng)該處在這種同溫環(huán)境中。
　　熱電偶信號(hào)范圍為μV/℃量級(jí)，熱電偶的信號(hào)處理單元對(duì)電磁干擾(EMI)敏感，熱電偶線往往遭受EMI。EMI增加了接收信號(hào)的不確定性和損害所采集溫度數(shù)據(jù)的精度。另外，此連接所需的專門熱電偶纜線是昂貴的，假若無意中用另外的纜線替代，則會(huì)變得分析困難。
　　由于EMI與線長(zhǎng)度成正比，所以要使干擾最小的通常選擇是把控制電路靠近感測(cè)點(diǎn)，增加一個(gè)靠近感測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)程板或采用復(fù)雜的信號(hào)濾波和纜線屏蔽。一個(gè)比較妙的方案是在靠近感測(cè)點(diǎn)數(shù)字化熱電偶輸出。