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K型热电偶使用及注意事项 K型热电偶规格参数及使用 一、热电偶基础知识 热电偶是温度测量中应用最普遍的测温器件，它的特点是测温范围宽，性能稳定，有足够的测量精度，能够满足工业过程温度测量的需要。结构简单，动态响应好;输出为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。 热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象即是热电效应，又称赛北克效应。 热电偶的要求: (1) 在测温范围内热电偶性能稳定，不随时间和被测对象而变化; (2) 在测温范围内物理化学性能稳定，不易氧化和腐蚀，耐辐射; (3) 所组成的热电偶要有足够的灵敏度，热电势随温度的变化率要足够大; (4) 热电特性接近单值线性或近似线性; (5) 电导率高，电阻温度系数小; (6) 机械性能好，机械强度高，材质均匀;工艺性好，易加工，复制性好，制造工艺简 单，价格便宜。 目前市面上流行的主要有8种常用热电偶以及测高温的钨铼热电偶(0,2300?)，综合考虑上述热电偶，只有K型热电偶比较适合大规模的工业现场应用。 K型热电偶是由镍铬-镍硅(铝)双金属组成的，其中镍铬为正极，镍硅(铝)为负极。K型热电偶的测温范围为-270,1300?之间，适用于氧气气氛中，稳定性属于中等程度。 表1 K型热电偶分度表 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 mV 0 4.096 8.138 12.209 16.397 20.664 24.905 29.129 33.275 37.326 41.276 45.119 48.838 52.410 K型热电偶性能稳定，产生的热电势大，热电特性线性好，复现性好，高温下抗氧化能力强，耐辐射，使用范围宽，应用广泛。 本资料所说的温度极限就是最高的温度值，K型热电偶各种规格尺寸导线的最高温度如下表所示: 表2各种导线尺寸(awg系列)的温度上限? 热电偶类型 8规格 14规格 20规格 24规格 28规格 3.25mm 1.63mm 0.81mm 0.51mm 0.33mm - 1 - 1/4页 K型热电偶使用及注意事项 K 1260 1093 982 871 871 这个表举出各类热电偶和导线尺寸的推荐温度上限。这些温度上限应用于有防护的热电偶，即有普通封闭端保护套管的热电偶，不用于具有压制矿物质氧化物绝缘体的套装热电偶。 一般在实际应用中，会有超过推荐温度极限的情况。同样，在推荐温度极限内应用而没有得到满意寿命的情况也是有的。但是，总的说来，当导线在列举的温度范围内连续工作时，能保证热电偶有满意的寿命。 K类热电偶适宜在温度高达1260?的氧化性或惰性气氛中连续使用，因为它们的抗氧化特性要比其它金属热电偶好。在温度为538?以上使用最为广泛。这类热电偶虽然只在-18, 250?时使用。 1260?的温度范围内确定过误差极限，但它也适合在温度低至- 可以用于露点低于-40?的氢气或裂解气氛，但是不能在下列情况中使用: 1、 正在还原或者氧化与还原正在交替进行的气氛。除非用保护套管进行适当保护，否 则不能使用。 2、 含硫气氛。除非有适当的保护，否则不能使用。因为硫会侵害热电极而且由于晶间 腐蚀而使负热电极迅速脆化和断裂。 3、 真空气氛。除短时间使用外(铬会从正热电极上发生择优蒸发，从而改变刻度定标)。 4、 促进正热电极发生“绿蚀”腐蚀的气氛。当热电极周围气氛的氧含量低并在一定范 围内时，这种腐蚀就由铬的择优氧化而发生。这会引起很大的误差，而且在816,1038? 温度范围内最为严重。 热电偶使用细长不通风的保护套管时，“绿蚀”腐蚀就经常发生。消除这种腐蚀的方法是采用大直径保护套管或采用通风保护套管来增加氧的供给量;另一种方法是通过在密封保护套管中插进一个“收气器”去吸收氧气，以便使氧气含量减小到低于能促进择优氧化所需的量。 二、K热电偶补偿线的选择 在一定温度范围内和所连接的热电偶具有相同热电特性的廉价金属导线，称为热电偶的补偿线。它是由补偿导线线芯、绝缘层和保护套组成。在测温中，作为热电偶与显示仪表或采集装置的连接导线。 补偿导线的作用是: (1)将热电偶参考端延伸到远离热源和环境温度相对稳定的地方，以便于准确地对参考端温度进行修正。 一般测量仪仪表都要求安装在远离热源和环境温度相对较稳定的地方，而普通热电偶的 - 2 - 2/4页 K型热电偶使用及注意事项 参考端距被测对象很近，测温时必须把热电偶参考端与仪表连接。若用普通铜导线连接，则热电偶参考端温度较高，而且不稳定，给测量结果带来误差。若将热电极延长，使热电偶参考端远离热源，理论上是可以的，但会造成热电极材料的浪费，补偿导线就是为了解决这个矛盾而产生的。它的特点是在参考端温度可能变化的范围内(0,100或200?)，由补偿导线两极组成的热电偶的特性与所配热电偶热电特性相同，使得热电偶回路中加入补偿后，其热电势仅与测量端温度和补偿线与仪表连接处温度有关，而与参考端的温度变化无关，就好像把热电极延长到仪表端子处，所以补偿导线的作用只是延长了热电极，它并不能消除参考端不为0?时的影响。因此，还必须将参考端温度修正到0?。 (2)可以节省大量价格昂贵的金属材料。 补偿导线按补偿原理分为延伸型(X)和补偿型(C)，与所赔用热电偶的热电极化学成分相同的补偿导线成为延伸型补偿导线;与所配用的热电极成分不同的补偿导线称为补偿型补偿导线。 按使用温度可分为一般用(代号为G)和耐热用(H)。 按具体用途又可以分为4种: 1 普通型补偿导线:可供固定敷设使用。 2 软型补偿导线:可供实验室需要移动的地方使用。 3 屏蔽型补偿导线:可供固定敷设，并具有抗电磁干扰的性能。 4 屏蔽型软补偿导线:具有抗电磁场干扰的性能，可供实验室需要移动的地方使用。 表3 补偿线的型号、线芯材料及绝缘层、护套着色见表 补偿导线线芯材料 绝缘层着色 护套着色 配用热 补偿导 电偶型一般用 耐热用 线型号 正极 负极 正极 负极 号 普通级 精密级 普通级 精密级 KCA K KPC(铜) KNC(铜镍) 红色 蓝色 黑色 灰色 黑色 黄色 KCB K KPC(铜) KNC(铜镍) 红色 蓝色 黑色 灰色 黑色 黄色 KX K KPX(镍铬) KNX(镍硅) 红色 黑色 黑色 灰色 黑色 黄色 - 3 - 3/4页 K型热电偶使用及注意事项 
图1 补偿导线字母标志举例 注:绝缘层及保护套材料:B:无碱玻璃丝～F:聚四氟乙烯～PVC,简称V,聚氯乙烯～V100～V70表示聚氯乙烯的耐高温度为100?和70?。 三、实际应用信息 K型热电偶价格在每公斤600,700元之间。长时间使用温度为1100?，短时间使用温度在1300?，超过1300?后也可以测温，但温度破坏了金属的物性，线性特性被破坏。热 2电极的截面积为2.0mm，冷端温度小于50?就可以。正常使用范围在900,1150?热电极太长只能使用不锈钢管(301、308)刚玉管做不到那么长，补偿线使用铜-镍，套管壁厚在2.5mm以上。长距离的补偿线虽然对测量温度由影响，但对精度要求不高的情况下，可以忽略不计。 热电极的长度如果太长，电阻就大，测得的电势随着就会相应得减小，温度就会有较大的误差，所以如果热电极长，就需要在热电极和补偿线之间增加变换模块，将电势信号转变成4-20mA的模拟量。
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