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工业热电偶及其应用

工业热电偶及其应用 2011年12月10日 来源： 在陶瓷生产中热电偶是热工监测与测试的计量工具，发挥着重要的作用。在当前各类陶瓷制品的生产工艺流程中，检测技术及其用具越来越重要，尤其在对各种产品与构件进行无损擦伤、测量与计量方面，陶瓷热电偶作用功不可没，对于提高陶瓷制品的质量与企业的经济效益是不可或缺的。　 热电偶工作原理是将两种不同的导体与半导体连接成闭合回路，再将其两个接点分别置于温度各为Ｔ及Ｔ０的热源中，则在该回路内即可产生热电动势，亦称热电势，这种现象叫做热电效应。而温差电势则是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。由于高温端（Ｔ）的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，其结果是高温端失去电子而带正电荷，低温端因得到电子而带负电荷，从而形成一个静电场。这样在导体两端便产生一个相应的电位差即温差电势。这样在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线两端温度相同，则第三种导线引入不会影响热电偶的电动势。根据此性质，在回路中引入各种仪表、连接导线等，不用担心对热电偶的影响，所以也可采用焊接法制成热电偶。目前报纸广告中数字显示热电偶正在成为主流。 　　陶瓷热电偶的种类。有铂铑—铂热电偶、镍铬一镍硅热电偶、镍铬—考铜热电偶等种类。　 １ 铂铑—铂热电偶：系采用珍贵稀有金属材料制成，由直径０．５ｍｍ的纯铂丝和相同直径的铂铑丝（铂９０％与铑１０％）制成，以符号ＬＢ表示。符号ＷＲ系指热电偶。在ＬＢ热电偶中铂铑丝为正极，纯铂丝为负极。此种热电偶可在１３００℃以下范围长时间使用，在良好的使用环境中可短期测量１６００℃的高温。由于化工的发展，容易得到高纯度的铂和铂铑材料，因此ＬＢ热电偶的制作精度与测量准确度高，可用于精密温度测量与作基准热电偶使用。铂铑—铂热电偶是陶瓷工业烧成中最常用的测温用具，一般可用于建筑卫生陶瓷、日用陶瓷及美术陶瓷产品生产。ＬＢ热电偶在氧化性或中性介质中具有较高的物理化学稳定性。其主要不足在于热电势较弱。在高温烧成环境中易受还原气体所发出的蒸气和金属蒸气的侵害而变质。近年来采用高铝瓷套管及碳化硅套管改变热电偶保护材质，可有效抵制有害气体的腐蚀，延长使用寿命。由于ＬＢ热电偶系贵稀金属材料制作，故产品成本很高，需要使用中给予悉心照护。其售价标准根据其长度大小而定，随着新型窑炉大量采用先进窑衬材料、窑墙变薄，热电偶的长度亦有缩短趋势。通常长度３０ｃｍ～６０ｃｍ的ＬＢ热电偶，售价在１２００元—５０００元之间。 　 ２ 镍铬一镍硅热电偶：由镍铬与镍硅制成，采用符号ＥＵ表示。热电偶丝直径一般为１．２～２．５ｍｍ。镍铬为正极，镍硅为负极。ＥＵ热电偶化学稳定性高，可以在氧化性或中性介质中长时间地测量９００℃以下的温度，短期测量可达１２００℃。若使用于还原性介质中，则会很快地受到腐蚀，只能用于测量５００℃以下的温度。ＥＵ热电偶具有复制性好，产生热电势大、线性好，价格便宜等优点。它的测量精度稍偏低些，但也能够完全满足于陶瓷工业的测量要求。尤其是在低温陶瓷彩烧、低温陶瓷烤花及半成品干燥方面，可成为常用的一种热电偶。目前，我国已开始以镍硅材料代替镍铝合金材料。采用新材料制成的热电偶，在抗氧化及热电势稳定性方面都有很大提高，不过其材质较脆且焊接性能与抗辐射性能差。由于两种热电偶的热电性能几乎一致。故原先的镍铬—镍铬热电偶逐渐为镍铬—镍硅热电偶所取代。 　　３ 镍铬—考铜热电偶：由镍铬材料与镍、铜合金材料组成，采用符号ＥＡ表示。热电偶丝的直径一般为１．２ｍｍ～２ｍｍ，镍铬为正极，考铜为负极。适用于还原性或中性介质，长期使用温度不能超过６００℃，短期测量可达８００℃。ＥＡ热电偶的特点是热电灵敏度高，价格便宜，不过其测温范围低且狭窄，考铜合金丝容易因受氧化而变质。更由于材料的质地坚硬而不易得到均匀的线径。此种类型的热电偶可以使用于陶瓷坯体烘干器、陶瓷换热器等场所，以便获得较精确的温度参数，提高干燥与节能等效果。 　 ４ 铂铑３０—铂铑６热电偶：是以铂铑３０丝（其中铂７０％，铑３０％）为正极、铂铑６丝（铂含量９４％，铑６％）为负极。它可以长期用于测量高温达１６００℃的温度，短期可测量１８００℃超高温度。ＬＬ热电偶性能稳定、精度高，适用于氧化性及中性介质中使用。但它产生的热电势小，且价格昂贵。目前，特种陶瓷尤其是高温结构陶瓷产品的烧成（如氧化锆陶瓷、９９氧化铝陶瓷）温度均高达１６００℃～１８００℃范围，采用ＬＬ热电偶是完全可行的。随着特种陶瓷产品系列的扩展，各种适用于高温及超高温窑炉烧成的陶瓷热电偶会获得更大的用途。 　　常规热电偶在陶瓷生产中的用途不断扩大的同时，具有更佳功能的特殊热电偶产品不断问世。如钨铼系热电偶，它是一种较好的超高温热电偶材料，其最高使用温度受绝缘材料限制，一般可达到２４００℃的使用条件。如在真空中以

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