K型熱電偶

K型熱電偶是一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。

概述
K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。
K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。
K型熱電偶是目前用量的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2mm～4.0mm。
正極（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr=90:10，負(fù)極（KN）的名義化學(xué)成分為：Ni:Si=97：3，其使用溫度為-200℃~1300℃。
K型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。
K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛。


測(cè)溫原理
熱電偶測(cè)溫必須由熱電偶、連接導(dǎo)線及顯示儀表三部分組成。下圖是的熱電偶測(cè)溫示意圖。
按右圖組成的熱電偶蕊及測(cè)溫電偶絲1 ，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象(即熱電效應(yīng))。在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢(shì)由溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)兩部分組成。接觸電勢(shì)：它是兩種電子密度不同的導(dǎo)體相互接觸時(shí)產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B相接觸時(shí)，假設(shè)導(dǎo)體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且Na>Nb，則在兩導(dǎo)體的接觸面上，電子在兩個(gè)方向的擴(kuò)散率就不相同，由導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)比從B擴(kuò)散到A的電子數(shù)要多。導(dǎo)體A失去電子而顯正電，導(dǎo)體B獲得電子而顯負(fù)電。因此，在A、B兩導(dǎo)體的接觸面上便形成一個(gè)由A到B的靜電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)將阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，同時(shí)加速電子向相反方向運(yùn)動(dòng)，使從B到A的電子數(shù)增多，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。此時(shí)A、B之間也形成一電位差，這個(gè)電位差稱為接觸電勢(shì)。此電勢(shì)只與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)相接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，當(dāng)兩種導(dǎo)體的材料一定，接觸電勢(shì)僅與其接點(diǎn)溫度有關(guān)。溫度越高，導(dǎo)體中的電子就越活躍，由A導(dǎo)體擴(kuò)散到B導(dǎo)體的電子就越多，接觸面處所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大，即接觸電勢(shì)越大。


特點(diǎn)
簡(jiǎn)介
檢出(測(cè)溫)元件熱電偶是工業(yè)上的溫度檢測(cè)元件之一。必須配二次儀表，其優(yōu)點(diǎn)是：
①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。
③構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。
2根據(jù)溫度測(cè)量范圍及精度，選用相應(yīng)分度號(hào)的熱電偶
使用溫度在1300~1800℃，要求精度又比較高時(shí)，一般選用B型熱電偶；要求精度不高，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶；使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶；在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶，低于400℃一般用E型熱電偶；250℃下以及負(fù)溫測(cè)量一般用T型電偶，在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。

K型熱電偶熱響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量
測(cè)量K型熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間實(shí)際上是比較復(fù)雜的，不同的試驗(yàn)條件會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)量結(jié)果，這是由于受周?chē)橘|(zhì)的換熱率影響，換熱率高，則熱響應(yīng)時(shí)間就短。
　　為了使熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間具有可比性，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：熱響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在專用水流試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。該裝置的水流速度應(yīng)保持0.4±0.05m/s，初始溫度在5-45℃的范圍內(nèi)，溫度階 躍值為40-50℃。在試驗(yàn)過(guò)程中，水的溫度變化應(yīng)不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設(shè)計(jì)的置入深度。
　　由于熱電偶在室溫附近熱電勢(shì)很小，熱響應(yīng)時(shí)間不容易測(cè)出，因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用同規(guī)格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然后進(jìn)行試驗(yàn)。
　　試驗(yàn)時(shí)應(yīng)記錄熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于溫度階躍變化50%的時(shí)間T0.5，必要時(shí)可記錄變化10%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.1和變化90%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.9。所記錄的熱響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)是同一試驗(yàn) 至少三次測(cè)試結(jié)果的平均值，每次測(cè)量結(jié)果對(duì)于平均值的偏離應(yīng)在±10%以內(nèi)。此外，形成溫度階躍變化所需的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)被測(cè)試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響 應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)被試熱電偶的T0.5的十分之一。


四大定律
1，均質(zhì)導(dǎo)體定律
熱電偶絲由同一種均質(zhì)材料（導(dǎo)體或半導(dǎo)體）兩端焊接組成閉合回路，無(wú)論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)相抵消，回路中總電勢(shì)為零。
可見(jiàn)，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會(huì)產(chǎn)生附加熱電勢(shì)。
2，中間導(dǎo)體定律
在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒(méi)有影響，這就是中間導(dǎo)體定律。
應(yīng)用：依據(jù)中間導(dǎo)體定律，在熱電偶實(shí)際測(cè)溫應(yīng)用中，常采用熱端焊接、冷端開(kāi)路的形式，冷端經(jīng)連接導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)。
有人擔(dān)心用銅導(dǎo)線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導(dǎo)線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢(shì)會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個(gè)定律，是沒(méi)有這個(gè)誤差的！
3，中間溫度定律
熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為T(mén)、T0）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為T(mén)、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為T(mén)n、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。
應(yīng)用：由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系，當(dāng)冷端溫度不為0攝氏度時(shí)，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t，t0)直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t，t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測(cè)溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。初學(xué)者經(jīng)常不按中間溫度定律來(lái)修正！
4，參考電極定律
這個(gè)定律是專業(yè)人士才研究、關(guān)注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡(jiǎn)單說(shuō)明就是：用高純度鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極，假設(shè)鎳鉻-鎳鉻熱電偶的正負(fù)極分別和標(biāo)準(zhǔn)電極配對(duì)，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳鉻的值。