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热电偶材料的选择与分类
日期：2024-04-24 05:30
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摘要：
热电偶材料的选择与分类
理论上任意两种不同性质的导体均可组成热电偶，但实际上并非如此。它必须具有：
(1)物理和化学性质稳定，温差电特性显著，复现性好，同种材料的电偶之间具有良好的互换性，且不为测温介质所腐蚀，高温下不被氧化。
(2)电阻温度系数小，导电率高，组成电偶对输出的温差电动势大，且与温度呈线性或简单的函数关系，以便于提高仪表的灵敏度和准确度，并便于仪表的刻度和测量。
(3)材质均匀，塑性好，易拉丝，成批生产。 热电偶的分类有几种不同的方法。
(1)按照电动势与温度的关系可分为标准化(常用)热电偶和非标准化热电偶。
(2)按热电偶的材质可分为金属热电偶、半导体热电偶和非金属热电偶三类。
(3)按适用的测温范围可分为高温热电偶和低温热电偶两类。 1．标准化(常用)热电偶
定型生产、有统一分度表的通用热电偶称作标准化热电偶。我国目前广泛采用并批量生产的标准化常用热电偶主要有下列两种：
（1）铂铑30-铂铑6热电偶
这是一种贵重金属高温热电偶，以铂铑30为正极，铂铑6为负极，其分度号为B。由于两个热电极都是铂铑合金，因而提高了抗污染能力和机械强度，在高温下其热电特性较为稳定，宜在氧化性和中性气氛中使用，在真空中可短期使用。长期使用的*高温度可达1600℃，短期使用温度可达1800℃。这种热电偶的热电势及热电势率都很小，因此，冷端温度在40℃以下使用时，一般不必进行冷端温度的补偿。
铂铑30-铂铑6热电偶分度表见表6.1。
表6.1 铂铑30-铂铑6热电偶分度表
分度号：B
（冷端温度为0℃）
测量端温度（℃）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
热 电 动 势 （mv）
0 -0.000 -0.002 -0.003 -0.002 0.000 0.002 0.006 0.011
0.017 0.025
100 0.033 0.0430.053 0.0650.078 0.092 0.107 0.123 0.140
0.159
200 0.178 0.199 0.220 0.243 0.266 0.291 0.317 0.344
0.372 0.401
300 0.431 0.462 0.494 0.527 0.561 0.596 0.632 0.669
0.707 0.746
400 0.786 0.827 0.870 0.913 0.957 1.002 1.048 1.095
1.143 1.192
500 1.241 1.292 1.344 1.397 1.450 1.505 1.560 1.617
1.674 1.732
600 1.791 1.851 1.912 1.974 2.036 2.100 2.164 2.230
2.296 2.366
700 2.430 2.499 2.569 2.639 2.710 2.782 2.855 2.928
3.003 3.078
800 3.154 3.231 3.308 3.387 3.466 3.546 3.626 3.708
3.790 3.873
900 3.957 4.041 4.126 4.212 4.298 4.386 4.474 4.562
4.652 4.742
1000 4.833 4.924 5.016 5.109 5.202 5.297 5.391 5.487
5.583 5.680
1100 5.777 5.875 5.973 6.073 6.172 6.273 6.374 6.475
6.577 6.680
1200 6.783 6.887 6.991 7.096 7.202 7.308 7.414 7.521
7.628 7.736
1300 7.845 7.935 8.063 8.172 8.283 8.393 8.504 8.616
8.727 8.839
1400 8.952 9.065 9.178 9.291 9.405 9.519 9.634 9.748
9.863 9.979
1500 10.094 10.210 10.325 10.441 10.558 10.674 10.790
10.907 10.024 11.141
1600 11.257 11.374 11.491 11.608 11.725 11.842 11.959
12.076 12.193 12.310
1700 12.426 12.543 12.659 12.776 12.892 13.008 13.124
12.239 13.354 13.470
1800 13.585 13.699 13.814
（2）铂铑10-铂热电偶
在铂铑10-铂热电偶中，以铂铑10丝为正极，纯铂丝为负极，分度号为S。它的测量范围为-20～1300℃，在良好的使用环境下可短期测量1600℃；适于在氧化性或中性介质中使用，耐高温，不宜氧化；有较好的化学稳定性；有较高的测量精度，可用于精密温度测量和作基准热电偶。
铂铑10-铂热电偶分度表见表6.2。
(3)镍铬-镍铝或镍铬-镍硅热电偶( 型)
这是一种能测量较高温度的廉价金属热电偶，以镍铬合金为正极，镍铝(或镍硅)合金为负极，其分度号为K，它具有较好的抗氧化性和抗腐蚀性；其复现性较好；热电势大；热电势与温度关系近似于线性关系；其成本较低，虽然测量精度不高，但能满足工业测温的要求，是工业上*常用的热电偶；其长期使用的*高温度为1000℃，短期使用温度可达1200℃。
表6.2 铂铑10-铂热电偶分度表
分度号：S
（冷端温度为0℃）
测量端 温度（℃）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
热 电 动 势 （mv）
0 0.000 0.055 0.133 0.173 0.235 0.299 0.365 0.432 0.502
0.573
100 0.645 0.719 0.795 0.872 0.950 1.029 1.109 1.190
1.273 1.356
200 1.440 1.525 1.611 1.698 1.785 1.873 1.962 2.051
2.141 2.232
300 2.323 2.4142.506 2.599 2.692 2.786 2.880 2.974 3.069
3.164
400 3.260 3.356 3.452 3.549 3.645 3.743 3.840 3.938
4.036 4.135
500 4.234 4.333 4.432 4.532 4.632 4.732 4.832 4.933
5.034 5.135
600 5.237 5.339 5.442 53544 5.648 5.751 5.855 5.960
6.064 6.169
700 6.274 6.380 6.486 6.592 6.699 6.805 6.913 7.020
7.128 7.236
800 7.345 7.454 7.563 7.672 7.782 7.892 8.003 8.114
8.225 8.336
900 8.448 8.560 8.673 8.786 8.899 9.012 9.126 9.240
9.355 9.470
1000 9.585 9.700 9.816 9.932 10.048 10.165 10.282 10.400
10.517 10.635
1100 10.745 10.872 10.991 11.110 11.229 11.348 11.467
11.587 11.707 11.827
1200 11.947 12.067 12.188 12.308 12.429 12.550 12.671
12.792 12.913 13.034
1300 13.155 13.276 13.397 13.519 13.640 13.761 13.883
14.004 14.125 14.247
1400 14.368 14.489 14.610 14.731 14.852 14.973 15.094
15.215 15.336 15.456
1500 15.576 15.697 15.817 15.937 15.057 16.176 16.296
16.415 16.534 16.653
1600 16.771 16.890 17.008 17.125 17.243 17.360 17.477
17.594 17.711 17.826
1700 17.942 18.056 18.170 18.282 18.394 18.504 18.612
（4）铜-康铜热电偶
这是一种廉价金属热电偶，以铜为正极，康铜为负极，其分度号为T。因铜热电极极易氧化，一般在氧化性气氛中使用不宜超过300℃。这种热电偶的热电势率较大，热电特性良好，材料质地均匀，成本低，但复现性较差。在0～-100℃温度范围内可作二等标准热电偶，准确度达±0.1℃。通常铜-康铜热电偶用于
℃范围内的测温。
2.非标准化热电偶
铜-康铜热电偶是非标准分度的热电偶中应用较多的一种，它在实验室和科研领域中
℃的测温范围应用十分广泛，尤其是由于它在低温下具有较好的稳定性，因而在低温测量中备受关注。常温下使用时铜的极性为正，康铜为负(其成分为60%铜，40%镍)。在低于0℃的低温下使用时，则极性相反。
由于康铜丝的热电性能复线性较差，对于精密测量需对每一对热电偶分别进行标定。其热电势与温度的函数表达式为：
(6-12)
式中: -----测量端温度为 时的热电势(参比端为0℃）
-----为常数，通常与标准铂电阻温度计在不同温度下比较求得
表6.1为*常用的热电偶技术特性。 6.2.4热电偶的主要结构形式
1.铠装式热电偶
这是一种近三十年发展起来的新型热电偶，其断面结构如图6.7所示，它由热电偶丝、绝缘材料、金属套管三者组合拉制而成，也称套管热电偶。其特点是：(1)小型化(直径*小可达0.25mm)，热惯性小，使用方便。(2)时间常数小。露头型铠装热电偶的时间常数仅为0.05s，适宜用于动态温度的测量。(3)机械性能好，且可作成各种形状，以满足复杂对象的温度测量。
理论上任意两种不同性质的导体均可组成热电偶，但实际上并非如此。它必须具有：
(1)物理和化学性质稳定，温差电特性显著，复现性好，同种材料的电偶之间具有良好的互换性，且不为测温介质所腐蚀，高温下不被氧化。
(2)电阻温度系数小，导电率高，组成电偶对输出的温差电动势大，且与温度呈线性或简单的函数关系，以便于提高仪表的灵敏度和准确度，并便于仪表的刻度和测量。
(3)材质均匀，塑性好，易拉丝，成批生产。 热电偶的分类有几种不同的方法。
(1)按照电动势与温度的关系可分为标准化(常用)热电偶和非标准化热电偶。
(2)按热电偶的材质可分为金属热电偶、半导体热电偶和非金属热电偶三类。
(3)按适用的测温范围可分为高温热电偶和低温热电偶两类。 1．标准化(常用)热电偶
定型生产、有统一分度表的通用热电偶称作标准化热电偶。我国目前广泛采用并批量生产的标准化常用热电偶主要有下列两种：
（1）铂铑30-铂铑6热电偶
这是一种贵重金属高温热电偶，以铂铑30为正极，铂铑6为负极，其分度号为B。由于两个热电极都是铂铑合金，因而提高了抗污染能力和机械强度，在高温下其热电特性较为稳定，宜在氧化性和中性气氛中使用，在真空中可短期使用。长期使用的*高温度可达1600℃，短期使用温度可达1800℃。这种热电偶的热电势及热电势率都很小，因此，冷端温度在40℃以下使用时，一般不必进行冷端温度的补偿。
铂铑30-铂铑6热电偶分度表见表6.1。
表6.1 铂铑30-铂铑6热电偶分度表
分度号：B
（冷端温度为0℃）
测量端温度（℃）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
热 电 动 势 （mv）
0 -0.000 -0.002 -0.003 -0.002 0.000 0.002 0.006 0.011
0.017 0.025
100 0.033 0.0430.053 0.0650.078 0.092 0.107 0.123 0.140
0.159
200 0.178 0.199 0.220 0.243 0.266 0.291 0.317 0.344
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0.707 0.746
400 0.786 0.827 0.870 0.913 0.957 1.002 1.048 1.095
1.143 1.192
500 1.241 1.292 1.344 1.397 1.450 1.505 1.560 1.617
1.674 1.732
600 1.791 1.851 1.912 1.974 2.036 2.100 2.164 2.230
2.296 2.366
700 2.430 2.499 2.569 2.639 2.710 2.782 2.855 2.928
3.003 3.078
800 3.154 3.231 3.308 3.387 3.466 3.546 3.626 3.708
3.790 3.873
900 3.957 4.041 4.126 4.212 4.298 4.386 4.474 4.562
4.652 4.742
1000 4.833 4.924 5.016 5.109 5.202 5.297 5.391 5.487
5.583 5.680
1100 5.777 5.875 5.973 6.073 6.172 6.273 6.374 6.475
6.577 6.680
1200 6.783 6.887 6.991 7.096 7.202 7.308 7.414 7.521
7.628 7.736
1300 7.845 7.935 8.063 8.172 8.283 8.393 8.504 8.616
8.727 8.839
1400 8.952 9.065 9.178 9.291 9.405 9.519 9.634 9.748
9.863 9.979
1500 10.094 10.210 10.325 10.441 10.558 10.674 10.790
10.907 10.024 11.141
1600 11.257 11.374 11.491 11.608 11.725 11.842 11.959
12.076 12.193 12.310
1700 12.426 12.543 12.659 12.776 12.892 13.008 13.124
12.239 13.354 13.470
1800 13.585 13.699 13.814
（2）铂铑10-铂热电偶
在铂铑10-铂热电偶中，以铂铑10丝为正极，纯铂丝为负极，分度号为S。它的测量范围为-20～1300℃，在良好的使用环境下可短期测量1600℃；适于在氧化性或中性介质中使用，耐高温，不宜氧化；有较好的化学稳定性；有较高的测量精度，可用于精密温度测量和作基准热电偶。
铂铑10-铂热电偶分度表见表6.2。
(3)镍铬-镍铝或镍铬-镍硅热电偶( 型)
这是一种能测量较高温度的廉价金属热电偶，以镍铬合金为正极，镍铝(或镍硅)合金为负极，其分度号为K，它具有较好的抗氧化性和抗腐蚀性；其复现性较好；热电势大；热电势与温度关系近似于线性关系；其成本较低，虽然测量精度不高，但能满足工业测温的要求，是工业上*常用的热电偶；其长期使用的*高温度为1000℃，短期使用温度可达1200℃。
表6.2 铂铑10-铂热电偶分度表
分度号：S
（冷端温度为0℃）
测量端 温度（℃）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
热 电 动 势 （mv）
0 0.000 0.055 0.133 0.173 0.235 0.299 0.365 0.432 0.502
0.573
100 0.645 0.719 0.795 0.872 0.950 1.029 1.109 1.190
1.273 1.356
200 1.440 1.525 1.611 1.698 1.785 1.873 1.962 2.051
2.141 2.232
300 2.323 2.4142.506 2.599 2.692 2.786 2.880 2.974 3.069
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400 3.260 3.356 3.452 3.549 3.645 3.743 3.840 3.938
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500 4.234 4.333 4.432 4.532 4.632 4.732 4.832 4.933
5.034 5.135
600 5.237 5.339 5.442 53544 5.648 5.751 5.855 5.960
6.064 6.169
700 6.274 6.380 6.486 6.592 6.699 6.805 6.913 7.020
7.128 7.236
800 7.345 7.454 7.563 7.672 7.782 7.892 8.003 8.114
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1100 10.745 10.872 10.991 11.110 11.229 11.348 11.467
11.587 11.707 11.827
1200 11.947 12.067 12.188 12.308 12.429 12.550 12.671
12.792 12.913 13.034
1300 13.155 13.276 13.397 13.519 13.640 13.761 13.883
14.004 14.125 14.247
1400 14.368 14.489 14.610 14.731 14.852 14.973 15.094
15.215 15.336 15.456
1500 15.576 15.697 15.817 15.937 15.057 16.176 16.296
16.415 16.534 16.653
1600 16.771 16.890 17.008 17.125 17.243 17.360 17.477
17.594 17.711 17.826
1700 17.942 18.056 18.170 18.282 18.394 18.504 18.612
（4）铜-康铜热电偶
这是一种廉价金属热电偶，以铜为正极，康铜为负极，其分度号为T。因铜热电极极易氧化，一般在氧化性气氛中使用不宜超过300℃。这种热电偶的热电势率较大，热电特性良好，材料质地均匀，成本低，但复现性较差。在0～-100℃温度范围内可作二等标准热电偶，准确度达±0.1℃。通常铜-康铜热电偶用于
℃范围内的测温。
2.非标准化热电偶
铜-康铜热电偶是非标准分度的热电偶中应用较多的一种，它在实验室和科研领域中
℃的测温范围应用十分广泛，尤其是由于它在低温下具有较好的稳定性，因而在低温测量中备受关注。常温下使用时铜的极性为正，康铜为负(其成分为60%铜，40%镍)。在低于0℃的低温下使用时，则极性相反。
由于康铜丝的热电性能复线性较差，对于精密测量需对每一对热电偶分别进行标定。其热电势与温度的函数表达式为：
(6-12)
式中: -----测量端温度为 时的热电势(参比端为0℃）
-----为常数，通常与标准铂电阻温度计在不同温度下比较求得
表6.1为*常用的热电偶技术特性。 6.2.4热电偶的主要结构形式
1.铠装式热电偶
这是一种近三十年发展起来的新型热电偶，其断面结构如图6.7所示，它由热电偶丝、绝缘材料、金属套管三者组合拉制而成，也称套管热电偶。其特点是：(1)小型化(直径*小可达0.25mm)，热惯性小，使用方便。(2)时间常数小。露头型铠装热电偶的时间常数仅为0.05s，适宜用于动态温度的测量。(3)机械性能好，且可作成各种形状，以满足复杂对象的温度测量。
