热电偶测温原理及其焊接

1、热电偶测温原理及其焊接2008-12-05 09:19:27 安规与电磁兼容网來源：作者：前言热电偶是工业上最常用的温度检测元件之-o其优点是：1测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。2测量范圉广。常用的热电偶从-501600 C均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269!C（如金铁線洛）,最高可达+2800C（如鸨-铢）。3构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受人小和开头的限制， 外有保护套管，用起来非常方便。热电偶测温基本原理首先，介绍下热电偶，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吻 范圉宽，性比较稳定，同时结构简单

2、，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。当两种不同的导体或半导体A和B的两端 相接成闭合回路，就组成热电偶，如图6.1所示。图 6.瞅电效应示斷沁心如果A和B的两个接点温度不同（假定），则在该回路中就会产生电流，这农明了该回路中 存在电动势，这个物理现象称为热电效应或塞贝克效应，相应的电动势称为塞贝克电势。显然， 回路中产生的热电势大小仅与组成回路的两种导体或半导体A、B的材料性质及两个接点的温 度有关，热电势用符号农示。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。温差电势是指同导体的两端因温度不同而产生的电势，不同

3、的导体具有不同的电犷密 度，所以他们产生的电势也不和同，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（密度不同所以产生-定的电了扩散，当他们达到-定的平衡后所形成的电势， 接触电势的人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。目前国际上应用的热 电偶具有个标准规范，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属于钳系列 的热电偶，由于钳属于贵重金属，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，普通型和铠装型如图6

4、. 2。普通性热电偶般由热电极，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幺纟，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种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需耍种特殊的导线来进行 传递，这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需耍不同的补偿导线，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?腿鹊缗枷嗤闹实慕第？ 般釆?腿鹊缗季哂邢嗤缱用芷鹊牡枷叽妗2钩廿枷叩挠肴鹊 缗嫉牧咕话愣际呛危牒？热电偶的正极连接补偿导线的红

5、色线,而负极则连接剩下的颜色。般的补偿导线的材质人部分都采用铜操合金。图6. 2热电藕的内部结构常用热电偶及其结构1,钳错10%-钳热电偶钳姥10%-W热电偶型号为WTLB,其中WT指热电偶，LB为分度号，钳链合金丝为+ 极，纯钳线为极。在1300C以下可以长期使用。在良好的环境条件下，可测量1600C高温。般它作为精密测量和基准热电偶使用。在氧化性和中性介质中，钳铠-钳热电偶的物 理、化学性能稳定，但在高温时易受还原性气体侵袭而变质。它的热电势较弱，价格也较贵。2,银锯-線硅（或银珞-線铝）热电偶線馅-線硅热电偶型号为VREL El；是分度号。银锯为+ 极，線硅为极。在氧化 性和中性介质中，

6、能在900C以下长期使用，但不耐还原性介质。它的热电势大，并且与温 度的线性关系较好，价格亦便宜，但精度偏低。3,银锯-考铜热电偶線锯-考铜热电偶型号为WREA。EA为分度号。線珞为+板，考铜为极。在还原 性和中性介质，能在600C的以下长期使用，在800C时可短期使用。它灵敏度较高，价格便 宜。4,30%-6%热电偶柱I链30%-钳锥6%热电偶型号为WRLL = LL为分度号。 钳锥30賀为+极， 钳链6%为 极。它可在1600C高温下长期使用，在1800*C短期使用。其热电偶性能稳定，精度高。适用 于氧化性和中性介质，但它的热电势极小，价格较高。5,铜-康铜热电偶铜-康铜热电偶型号为WRC

7、KCK为分度号。铜为+ 极，康铜为极。在300C以下其线性关系较好，并且价格低廉=在实验室中它是使用较多的热电偶。热电极2绝塚管3保护管同热电偶的焊接IEC要求4.0 PROCEDURES （见图6. 3）4. 1 Thermocouples shall be prepared by staff trained in preparation of thermocouples4.2 Thermocouples are to be prepared as noted:4. 2 1 Inner insulation stripped back approximately 1 5 mm from ti

8、p4. 2. 2 Outer insulation, if any, stripped back approximately 15 mm fromtip.4 2 3 The tip is to be joined by a singlepoint weld Other reliableand consistent methods of joining the thermocouple wires may be used upon prior acceptance of the CTL.Note - Dimensions given are typical, not required即要求:露出

9、金属端为1. 5mm,剥掉外层绝缘为15mm图 6 3 换电轴焊点耍求焊接（人众版）电容焊借助于组并联的电容（其容量约在20003000 u F,电压在50V以下）经验值是20000 UF=在放电的瞬间产生火花使电偶丝熔接在起，形成球状的焊点，如图6. 4所示图6.4向制电藕焊接装置在输入供电30Vdc左右的情况下，用疑f夹住热电藕的头（包含两根线）去接触金属块。即可, 接触时请闭眼。1、石墨电炉焊接（专业版）焊接设备线路如图6. 5所示。它由自耦变压器、石墨电炉及连接导线组成。将两根不同的热电极 丝用砂纸去掉农而氧化物，焊接端扭成麻花状，端部剪齐，把两根电极嫁夹紧在由与地端相连的 引出线的夹

10、f上，转动自耦变压器手轮，使自耦变压器的输出电压在35伏左右，而后将电极统 插入石墨粉内，由于短路产生的电弧使两根热电极丝插入端熔结。图6. 5石墨电炉焊接线路图焊接时要注总掌握插入时间，若时间A长，熔结点会因电极丝继续熔化而掉落，并增加氧化；时 间太短，则因电极丝未熔化而没有熔结。耦变压器的输岀电压，应根据焊接时的具体情况作适 当调整。熱霊耦的輝接2、水银焊接焊接设备线路同图6. 6,只不过是将石墨电炉换成了玻璃缸，缸内盛水银，水银上而覆 盖一层油用以阻止水银蒸发。水银焊接其基本操作同石墨电炉焊接。由于水银的导电性比石墨强，故焊接电压可稍低 些，水银焊接的速度要比石墨电炉焊接时快，焊接点的质

11、量要比用石墨电炉焊接？谩?spanstyle=display:nonejb5安规与电磁兼容网3、电容焊接焊接设备线路如图6.19所示。220伏的交流电压由自耦变压器降压后，经桥式整流后得到直流 电。当切换开关K使ab接通，则电容充电：当切换开关使cd接通，由于接在接线柱1、2上的 两根电极丝短路，故电容充电，电极皱的触点因短路产生的电弧而熔结。图6. 6电容焊接设备线路图焊接时的肖流电压可转动自耦变压器的手轮来调节，电容的容量也有专门的分路开关可 供选择。焊接时若直流电压较高，则电容的容量应小些；直流电压比较低则电容的容量应选得 大些。电阻R为限流电阻。其功用是保护直流电压农。4、气焊气焊时必

12、须开足乙烘气，而氧气要开得小些，使其形成焰芯，使热电偶丝焊接成球的焊点。（注意）热电偶的接点焊好以后，须进行质虽检查，看焊接点是否有裂缝、假焊等现象，否则需重 新焊接.当我们把热电耦的两根线焊接到起的时候，会将第三种金属加到热电耦线路中，但只要热电耦 两端的温度的样的，焊接应该不会造成谋差.不过的确会限制我们可以加到垓接点的最高温 度参见下图6. 7.如果想要达到较高的量测温度，就必须将接点予以熔接.但是熔接也不是个 可以随便进行的过程，如果过热的话，就会造成电耦变质恶化，而且电耦线进行熔接所使用的 熔接气体与大气都有可能扩散到电耦金属内部而改变其特性.这样的困难又会因为需要结合的两 种金属的

13、性质差异极大而加剧.所以才釆用电容放电技术可包致性.Fe5oMef|Pb.$n|Junction: Fe-Pb,Sn-C s Fe-C图6. 7热电耦的焊接固定热电偶热端的方法实验室中在壁而上固定热电偶热端的方法有如下三种方式：1）点接触点接触固定法系将热电偶的工作端？附踊蚯替臃绞焦潭彳诒诿嫔夏车恪G罢哂糜诒”冢 笳哂糜净解淞u庵纸询怪率廉u鹊缗妓可v娜攘紐，仅由该点供应，温度场变化较人，故 测温误差较大。2）平行焊接触平行焊接触系将热电偶的二根统分别焊在被测璧面上，两焊点的间距保持r5mmo由于 热电偶散失的热量来源于两根电热丝之间的个小区域。单位而积散失的热量较小，温度场的变 化不大，测温

14、误差不大。它适用于等温体和均匀材质的壁面。3）等温线接触等温线接触系热电偶的匚作端同壁面某点接触后其热电偶丝沿等温面敷设段距离（约50倍热电偶丝的直径）后引出。这种固定方法的测温误差为最小，是实验研究中应用最广泛的方 法。对于非金属壁而，往往先将热电偶焊接在导热性能良好的金属薄片上，如铜片，然后将该薄片和 壁面紧密接触。由此可得到满意的测量结果。若彼测壁而的侧是流体，需注意热电偶统固定在壁面上以后，流体流动受到影响，引起流动场 的改变，相应地改变了流体与壁而间的传热情况和壁面温度场，产生较人的测温误差，为了减少 对流体流动的影响，推荐采用嵌接法，并在焊接后将农面磨光，保持壁而的平淆。同时，热电偶 导线必须从流体的下游方向引出，使导线对流动的影响发生在测温之后，从而达到使测温误差为 最小。测量壁而温度时尚需注总测温点的选择。根据壁而测温的耍求选取具有代农性的点作为测温点。 例如:拟测量管/横断面的壁温，而且断面上存在温度分布。对于这种情况，可选取几个测温点， 由各点的温度来计算其平均值衣示该断面的壁温。总结为了保证测量温度的精度，除了上述感温元件的安装之外，尚须注盘测温显示仪农和连接导线的 安装。如，显示仪农是否远离强电场、强磁场；导线是否需要屏蔽，导线的电阻是否有要求；熱霊耦的輝接仪农的型号，规格是否与感温元件匹配，其测量