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铠装热电偶温度探头知识
发布时间:2012.08.08 新闻来源:台湾戈迪工热电偶生产企业 浏览次数:
 

中文名称:铠装热电偶

英文名称:sheathed thermocouple

定义:将热电偶丝和绝缘材料一起紧压在金属保护管中制成的热电偶。
应用学科:机械工程(一级学科);仪器仪表元件(二级学科);仪器仪表机械元件-敏感元件(三级学科)

简介

铠装热电偶

  铠装热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点,它和工业用装配式热电偶一样,作为测量温度的传感器,通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用,同时,亦可以作为装配式热电偶的感温元件。它可以直接测量各种生产过程中从0℃~800℃范围内的液体、蒸汽和其气体介质以及固体表面的温度。与装配式热电偶相比,铠装热电偶具有可弯曲、耐高

铠装热电偶压、热响应时间短和坚固耐用等优点。

工作原理

铠装热电偶131

是两种不同成份的导体两端经焊接,形成回路,直接测温端叫工作端,接线端子端叫冷端,也称参比端。当工作端和参比端存在温差时,就会在回路中产生热电流,接上显示仪表,仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。铠装热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长,热电动势的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关,和热电极的长度、直径无关。铠装热电偶的结构原理是,是由导体、高绝缘氧化镁、外套1Cr18Ni9Ti不锈钢保护管,经多次一体拉制而成。铠装热电偶产品主要由接线盒、接线端子和铠装热电偶组成基本结构,并配以各种安装固定装置组成。

特点

铠装热电偶

  铠装热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件,他的主要特点就是测温范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,更能够远传4-20mA电信号,便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成;温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度,所以他们产生的电势也不相同,而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。

  国际上应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同的分度,分别为B,R,S,K,N,E,J和T,其测量温度的最低可测零下270摄氏度,最高可达1800摄氏度,其中B,R,S属于铂系列的热

铠装热电偶

电偶,由于铂属于贵重金属,所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结构有两种,普通型和铠装型。普通性热电偶一般由热电极,绝缘管,保护套管和接线盒等部分组成,而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后,经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线,其主要作用就是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种,延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金

冷端的温度补偿

铠装热电偶

由于铠装热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省铠装热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把铠装热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使铠装热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用铠装热电偶补偿导线时必须注意号相配,极性不能接错,补偿导线与铠装热电偶连接端的温度不能超过100℃。

测温原理

  电偶是用两种不同成份的导体焊接在一起,两端温度不同时,在回路中就会有热电势产生,因此势电偶

铠装热电偶

是通过测量电势从而测量温度的一种感温原件,它是一种变换器,它能将温度信号转变为电信号再由显示仪表显示出来。

  热电偶测量温度的基本原理是热电效应,将两种不同成份的金属导体首尾相连接成闭合回路,如两接点的温度不等,则在回路中就会产生热电动势,形成热电流,这就是热电效应。热电偶就是将两种不同的金属材料一端焊接而成,焊接的一端叫做测量端,未焊接的一端叫做参考端,参考端在使用时通常恒定在一定的温度(如00C)当对测量端加热时,在接点处有热电势产生。如参考端温度恒定,其热电势的大小和方向只与两种金属材料的特性和测量端的温度有关,而与势电偶的精细和长短无关。当测量端的温度改变后,势电势也随之改变,并且温度和热电势之间有一固定的函数关系,利用这个关系就可以测量温度。

测量范围

常用的温度仪表有铠装热电偶。

  铠装热电偶:测量500℃以上的高温,火电厂种主蒸汽的温度,过热起管壁温度,高温烟气温度。特点:

铠装热电偶

能测量高温,性能稳定,准确可靠、结构简单、易于维护、便于信号的远传和实现多点切换测量。主要的型号:分度号:S或LB-3上限1300℃(短时1600℃)。B或LL-2上限1600℃(短时1800℃)K或EU-2上限1200℃(短时1300℃)T或CK上限-200~350℃(短时400℃)E或EA-2上限-200~900℃热电阻:测量精度高、性能稳定、灵敏度高、应用范围广、可远距离策问、实现温度自动控制和记录。铂热电阻,最高测温650℃,Pt50,Pt100,铜电阻:50-150℃Cu50,Cu100。注意:自热效应引起的误差,Pt工作d电流为小于6mA,迟滞带来的影响,热容量大,充分的热交换,测量才准确。安装:安装时,与被测介质形成逆流,至少成90° 分度号:S或LB-3上限1300℃(短时1600℃)。B或LL-2上限1600℃(短时1800℃)K或EU-2上限1200℃(短时1300℃)T或CK上限-200~350℃(短时400℃)E或EA-2上限-200~900℃:测量精度高、性能稳定、灵敏度高、应用范围广、可远距离策问、实现温度自动控制和记录。铂,最高测温650℃,Pt50,Pt100,铜电阻:

技术指标

不同材料和直径铠装热电偶型号、分度号及推荐使用温度电极材料
防喷式铠装热电阻

铠装热电偶热响应时间在温度出现阶跃变化时,热电偶的输出值变化至相当于该阶跃变化的某个规定百分数所需要的时间,称为热响应时间,用τ表示(取50%时用τ0.5表示)。铠装热电偶热响应时间τ0.5(秒)

注:绝缘电阻用MΩ·m表示,即为常温绝缘电阻与铠装偶长度的乘积。
例如:1000MΩ·m表示:1m长的试样的绝缘电阻为
1000MΩ,10m长的试样的绝缘电阻为100MΩ。
对于长度小于1m的铠装偶,按1m计算。
插座式接线盒和带补偿导线的铠装热电偶不在此例。
测量范围和准确度

热响应时间

圆接插式铠装热电偶
在温度出现阶段变化时,热电偶的输出变化至相当于该阶跃变化的50%所需的时间称为热电响应时间。 铠装热电偶响应时间应不大于下表数据: 单位:s

铠装热电偶直径mm

铠装偶工作端形式区分

铠装热电阻响应时间

绝缘式响应时间s

接壳式响应时间s

Ф2.0

0.5

0.4

------

Ф3.0

1.2

0.6

3.0

Ф4.0

2.5

0.8

5.0

Ф5.0

4.5

1.2

8.0

Ф6.0

6.0

2.0

12.0

Ф8.0

8.0

4.0

形式

露端式: 热响应时间短;适于测量发动机排气等 要求响应快的温度测量;机械强度较低。

铠装热电偶191

接壳式 :热响应时间短;公称压力大(可达34MPa);不适用于有电磁干扰的场合。

绝缘式 :热响应时间较前两种长,使用寿命长;抗电磁干扰;在对热响应时间无特殊要求的场合多采用此种形式。 分离式 : 双支,避免信号干扰,其特点同绝缘式。

基本结构

  铠装热电偶主要由接线盒、接线端子和铠装热电偶元件等组成基本结构,并配以各种安装固定装置。安装固定型式 固定装置是供用户安装时使用。铠装热电偶有:无固定装置、固定卡套式,可动卡套式,固定法兰式,可动法兰式五种结构型式。固定卡套式只供一次性固定使用,可动卡套式测量端(热端)结构形式 可做多次固定使用。

检定方法

  金属熔体快速铠装热电偶的检定方法及装置。该装置主要由一能容纳两只被测偶端部石英管的扁加热线圈、两只与被测偶形状相同的铠装热电偶及相应的控温显示输出装置构成。检定方法是首先利用两只校准热电偶找出扁加热线圈中使这两只校准偶热电势相同的点,用被检偶取代其中的一只校准偶,在其它条件不变的情况下,待被检偶的读数稳定后与校准偶的读数相比较即可知被检偶的量值是否准确。此方法提供了快速测温热电偶的实验室检定手段,可对快速测温热电偶在多个温度点上进行测试并作出全面的评价。

  其特征在于:a、该装置是由一扁加热线圈、一对校准铠装热电偶及控温显示输出装置构成。b、检定方法是先将两只校准热电偶从加热线圈两端相对插入,使铠装热电偶热端接触,通过改变校准热电偶在加热线圈中的位置使两只校准热电偶的热电势相同,用被测快速热电偶取代其中一只校准热电偶,读取其稳定状态下的热电势值与校准热电偶热电势进行比对即可知被测快速铠装热电偶的准确度。

应用

  通常和显示仪表,记录仪表,电子计算机等配套使用。直接测量各种生产过程中的0-1300度范围内液体,蒸汽和气体介质以及固体表面温度。 特点

  1 热响应时间少,减少动态误差;

  2 可弯曲安装使用;

  3 测量范围大;

  4 机械强度高,耐压性能好;

测温范围及准确度

  

类别

代号

分度号

套管外径mm

常用温度℃

最高使用温度℃

允许偏差

测量范围℃

允差值

铂铑10-铂

WRPK

S

≥Φ3

1100

1200

0-1200

±1.5℃或±1.5%t

镍铬-铜镍

WREK

E

≥Φ3

600

700

0-700

±2.5℃或±0.75%t

镍铬-镍硅

WRNK

K

≥Φ3

800

950

0-900

±2.5℃或±0.75%t

铜-铜镍

WRCK

T

≥Φ3

350

400

小于-200

未作规定

-40-350

±0.75%t

铁-铜镍

WRFK

J

≥Φ3

500

600

0-600

±2.5℃或±0.75%t

注:"t"为被测温度的绝对值。

热响应时间

  在温度出现阶跃变化时,热电偶的输出变化至相当于该阶跃变化的50%所需要的时间称为热响应时间,用τ0.5表示。

铠装热电偶热响应时间不大于下表的规定:  

热响应时间τ0.5S

接壳式

绝缘式

套管直径(mm)

2.0

0.4

0.5

3.0

0.6

1.2

4.0

0.8

2.5

5.0

1.2

4.0

6.0

2.0

6.0

8.0

4.0

8.0

国际温标:

  a、温度单位:热力学温度是基本功手物理量,它的单位开尔文,定义为水三相点的热力学温度的1/273.16,使用了与273.15K(冰点)的差值来表示温度,因此现在仍保留这个方法。根据定义,摄氏度的大小等于开尔文,温差亦可用摄氏度或开尔文来表示。国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号T90)和国际摄氏温度(符号t90)。

  b、国际温标ITS-90的通则:ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的即在全量程,任何于温度采纳时T的最佳估计值,与直接测量热力学温度相比T90的测量要方便的多,而且更为精密,并且有很高的复现性。

  c、ITS-90的定义:

  第一温区为0.65K到5.00K之间,T90由3He和4He的蒸汽压与温度的关系式来定义。

  第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是氦气体温度计来定义。

  第三温区为平蘅氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义,它使用一组规定的定义内插法来分度。银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计。

 

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