工業(yè)熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及其原理

2015年12月10日 15:34:09人氣：3028來源：安徽泰達(dá)儀表有限公司

　工業(yè)熱電偶是熱工監(jiān)測與測試的計(jì)量工具，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。在當(dāng)前的生產(chǎn)工藝流程中，檢測技術(shù)及其應(yīng)用越來越重要，尤其在對各種產(chǎn)品與構(gòu)件進(jìn)行無損擦傷、測量與計(jì)量方面，陶瓷熱電偶作用功不可沒，對于提高質(zhì)量與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是*的。

　　工業(yè)熱電偶工作原理是將兩種不同的導(dǎo)體與半導(dǎo)體連接成閉合回路，再將其兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度各為T及TO的熱源中，則在該回路內(nèi)即可產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。而溫差電勢則是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢。由于高溫端（T）的電子能量比低溫端的電子能量大，因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，其結(jié)果是高溫端失去電子而帶正電荷，低溫端因得到電子而帶負(fù)電荷，從而形成一個(gè)靜電場。這樣在導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差即溫差電勢。這樣在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)線，只要第三種導(dǎo)線兩端溫度相同，則第三種導(dǎo)線引入不會(huì)影響熱電偶的電動(dòng)勢。根據(jù)此性質(zhì)，在回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等，不用擔(dān)心對熱電偶的影響，所以也可采用焊接法制成熱電偶。目前，數(shù)字顯示熱電偶正在成為工業(yè)測量儀表的主流。

溫度傳感器是工業(yè)生產(chǎn)中zui常見的一種儀器，它主要功能是將物體的溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，它具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍廣，穩(wěn)定性能高、精密度高等優(yōu)點(diǎn) 。不同的溫度傳感器制作方法不同，k型熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中zui常用的溫度傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫范圍寬等特點(diǎn)。目前，在以Ｋ型熱電偶為測溫元件的工業(yè)測溫系統(tǒng)中，熱電偶輸出的熱電勢信號(hào)必須經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，才能輸入基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)。中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)包括信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償、線性化及數(shù)字化等幾個(gè)部分，實(shí)際應(yīng)用中，由于中間環(huán)節(jié)較多，調(diào)試較為困難，系統(tǒng)的抗干擾性能往往也不理想。在鋁水平溫度測量儀的研制中，我們采用了MAXIM公司推出的MAX6675，它是一個(gè)集成了熱電偶放大器、冷端補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換器及SPI串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以直接與單片機(jī)接口，大大簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證了溫度測量的快速、準(zhǔn)確。

　　工業(yè)熱電偶的種類：有鎳鉻一鎳硅熱電偶、鉑銠—鉑熱電偶、鎳鉻—考銅熱電偶等種類。

1、鎳鉻一鎳硅熱電偶：由鎳鉻與鎳硅制成，采用符號(hào)eu表示。熱電偶絲直徑一般為1.2～2.5。鎳鉻為正極，鎳硅為負(fù)極。eu熱電偶化學(xué)穩(wěn)定性高，可以在氧化性或中性介質(zhì)中長時(shí)間地測量900℃以下的溫度，短期測量可達(dá)1200℃。若使用于還原性介質(zhì)中，則會(huì)很快地受到腐蝕，只能用于測量500℃以下的溫度。eu熱電偶具有復(fù)制性好，產(chǎn)生熱電勢大、線性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。它的測量精度稍偏低些，但也能夠*于陶瓷工業(yè)的測量要求。尤其是在低溫陶瓷彩燒、低溫陶瓷烤花及半成品干燥方面，可成為常用的一種熱電偶。目前，我國已開始以鎳硅材料代替鎳鋁合金材料。采用新材料制成的熱電偶，在抗氧化及熱電勢穩(wěn)定性方面都有很大提高，不過其材質(zhì)較脆且焊接性能與抗輻射性能差。由于兩種熱電偶的熱電性能幾乎一致。故原先的鎳鉻—鎳鉻熱電偶逐漸為鎳鉻—鎳硅熱電偶所取代。

　　2、鉑銠—鉑熱電偶：系采用珍貴稀有金屬材料制成，由直徑0.5MM的純鉑絲和相同直徑的鉑銠絲（鉑90%與銠10%）制成，以符號(hào)LB表示。符號(hào)WR系指熱電偶。在LB熱電偶中鉑銠絲為正極，純鉑絲為負(fù)極。此種熱電偶可在0300℃以下范圍長時(shí)間使用，在良好的使用環(huán)境中可短期測量1600℃的高溫。由于化工的發(fā)展，容易得到高純度的鉑和鉑銠材料，因此LB熱電偶的制作精度與測量準(zhǔn)確度高，可用于精密溫度測量與作基準(zhǔn)熱電偶使用。鉑銠—鉑熱電偶是陶瓷工業(yè)燒成中zui常用的測溫用具，一般可用于建筑衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷及美術(shù)陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)。LB熱電偶在氧化性或中性介質(zhì)中具有較高的物理化學(xué)穩(wěn)定性。其主要不足在于熱電勢較弱。在高溫?zé)森h(huán)境中易受還原氣體所發(fā)出的蒸氣和金屬蒸氣的侵害而變質(zhì)。近年來采用高鋁瓷套管及碳化硅套管改變熱電偶保護(hù)材質(zhì)，可有效****有害氣體的腐蝕，延長使用壽命。由于LB熱電偶系貴稀金屬材料制作，故產(chǎn)品成本很高，需要使用中給予悉心照護(hù)。其售價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其長度大小而定，隨著新型窯爐大量采用*窯襯材料、窯墻變薄，熱電偶的長度亦有縮短趨勢。通常長度30CM～60CM的lb熱電偶，售價(jià)在1200元—5000元之間。

　　3、鉑銠30—鉑銠6熱電偶：是以鉑銠30絲（其中鉑70%，銠30%）為正極、鉑銠6絲9（鉑含量94%，銠6%）為負(fù)極。它可以長期用于測量高溫達(dá)1600℃的溫度，短期可測量1800℃超高溫度。ll熱電偶性能穩(wěn)定、精度高，適用于氧化性及中性介質(zhì)中使用。但它產(chǎn)生的熱電勢小，且價(jià)格昂貴。目前，特種陶瓷尤其是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品的燒成（如氧化鋯陶瓷、99氧化鋁陶瓷0）溫度均高達(dá)1600℃～1800℃范圍，采用ll熱電偶是*可行的。隨著特種陶瓷產(chǎn)品系列的擴(kuò)展，各種適用于高溫及超高溫窯爐燒成的陶瓷熱電偶會(huì)獲得更大的用途。

　　4、鎳鉻—考銅熱電偶：由鎳鉻材料與鎳、銅合金材料組成，采用符號(hào)ea表示。熱電偶絲的直徑一般為1.2mm～2mm，鎳鉻為正極，考銅為負(fù)極。適用于還原性或中性介質(zhì)，長期使用溫度不能超過600℃，短期測量可達(dá)800℃。ea熱電偶的特點(diǎn)是熱電靈敏度高，價(jià)格便宜，不過其測溫范圍低且狹窄，考銅合金絲容易因受氧化而變質(zhì)。更由于材料的質(zhì)地堅(jiān)硬而不易得到均勻的線徑。此種類型的熱電偶可以使用于陶瓷坯體烘干器、陶瓷換熱器等場所，以便獲得較的溫度參數(shù)，提高干燥與節(jié)能等效果。

　　常規(guī)熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中的用途不斷擴(kuò)大的同時(shí)，具有更佳功能的特殊熱電偶產(chǎn)品不斷問世。如鎢錸系熱電偶，它是一種較好的超高溫?zé)犭娕疾牧?，其zui高使用溫度受絕緣材料限制，一般可達(dá)到2400℃的使用條件。如在真空中以裸線測量時(shí)可用到更高溫度。目前，我國生產(chǎn)的鎢錸熱電偶，它以鎢錸5為正極、鎢錸20作負(fù)極。使用范圍為300℃～2000℃，分度精度可達(dá)±1%。目前，上某些氮化硅陶瓷燒結(jié)溫度已達(dá)到1800℃以上，采用鎢錸熱電偶進(jìn)行測溫是*可行的。此外適用超導(dǎo)陶瓷生產(chǎn)使用的金鐵—鎳鉻低溫?zé)犭娕?，快速反?yīng)薄膜熱電偶及非金屬熱電偶材料，由于具備各種優(yōu)點(diǎn)和價(jià)格低廉、資源豐富，在工業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：熱電偶測量儀表溫度傳感器嵌入式系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器

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