热电偶的种类

热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。 非 标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国 从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产， 并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型 热电偶。（S型热电偶）钳镂10-钳热电偶钳镂10-钳热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径 规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极（SP）的名义化学成分 为钳镂合金，其中含镂为10%,含钳为90%,负极（SN）为纯钳， 故俗称单钳镂热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300C,短期最高使用温度为1600 CoS型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好， 测温温区宽，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势 稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于 S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ ITS90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电 偶仍可用于近似实现国际温标。S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低， 高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次 性投资较大。（R型热电偶）钳镂13-钳热电偶钳镂13-钳热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径 规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极（RP）的名义化学成分 为钳镂合金，其中含镂为13%,含钳为87%,负极（RN）为纯钳， 长期最高使用温度为1300C,短期最高使用温度为1600CoR型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好， 测温温区宽，使用寿命长等优点。具物理，化学性能良好，热电势稳 定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于R 型热电偶的综合性能与S型热电偶相当，在我国一直难于推广，除在 进口设备上的测温有所应用外，国内测温很少采用。1967年至1971年间，英国NPL,美国NBS和加拿大NRC三大研究机构进行了一项 合作研究，其结果表明，R型热电偶的稳定性和复现性比 S型热电偶 均好，我国目前尚未开展这方面的研究。R型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高 温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性 投资较大。（B型热电偶）钳镂30-钳镂6热电偶钳镂30-钳镂6热电偶（B型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝 直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极（BP）的名义化学 成分为钳镂合金，其中含镂为 30%,含钳为70%,负极（BN）为钳 镂合金，含镂为量6%,故俗称双钳镂热电偶。该热电偶长期最高使 用温度为1600C,短期最高使用温度为1800 CoB型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好， 测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性 气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或 非金属蒸气气氛中。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进 行补偿，因为在050c范围内热电势小于3川。B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低， 高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次 性投资较大。（K型热电偶）银铭-银硅热电偶银铭-银硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热 电偶，其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为： Ni: Cr=90: 10,负极（KN）的名义化学成分为：Ni: Si=97: 3,其 使用温度为-200130OCoK型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定 性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化 交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。（N型热电偶）银铭硅-银硅热电偶银铭硅-银硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶，是在 70年代初由澳大利亚国防部实验 室研制成功的它克服了 K型热电偶的两个重要缺点：K型热电偶在 300500c间由于银铭合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳 定;在800c左右由于银铭合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。正极（NP）的名义化学成分为：Ni:Cr:Si=84.4:1421.4,负极（NN） 的名义化学成分为：Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1 ,其使用温度为 -200130OCoN型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳 定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响 等优点，具综合性能优于K型热电偶，是一种很有发展前途的热电偶.N型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化 交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。（E型热电偶）银铭-铜银热电偶银铭-铜银热电偶（E型热电偶）又称银铭-康铜热电偶，也是 一种廉金属的热电偶，正极（EP）为：银铭10合金，化学成分与KP 相同，负极（EN）为铜银合金，名义化学成分为：55%的铜，45%的 镇以及少量的镒，钻，铁等元素。该热电偶的使用温度为-200900C。E型热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最， 宜制成热电堆，测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵 敏，宜用于湿度较高的环境。E热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能 优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰 性气氛中，广泛为用户采用。E型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性气氛中，热电 势均匀性较差。（J型热电偶）铁-铜银热电偶铁-铜银热电偶（J型热电偶）又称铁-康铜热电偶，也是一 种价格低廉的廉金属的热电偶。它的正极（JP）的名义化学成分为纯 铁，负极（JN）为铜银合金，常被含糊地称之为康铜，其名义化学成 分为：55%的铜和45%的镇以及少量却十分重要的镒，钻，铁等元素， 尽管它叫康铜，但不同于银铭-康铜和铜-康铜的康铜，故不能用 EN 和TN来替换。铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-2001200c，但通 常使用的温度范围为0750cJ型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均 匀性较好，价格便宜等优点，广为用户所采用。J型热电偶可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中，但正极铁 在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中（T型热电偶）铜-铜银热电偶铜-铜银热电偶（T型热电偶）又称铜-康铜热电偶，也是一种 最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极（ TP）是纯铜，负极 （TN）为铜银合金，常之为康铜，它与银铭-康铜的康铜EN通用， 与铁-康铜的康铜JN不能通用，尽管它们都叫康铜，铜-铜银热电偶 的盖测量温区为-200350C。T型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳 定性和均匀性较好，价格便宜等优点，特别在-2000c温区内使用，稳 定性更好，年稳定性可小于 ± 3区y经低温检定可作为二等标准进行 低温量值传递。T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差，故使用温度上限受到限制。普通型热电阻 从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通 过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线 电阻的变化会给温度测量带来影响。2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管 组合而成的坚实体，它的外径一般为 d 2-d 8mm最小可达©mm与 普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯 性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于 安装使用寿命长。3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端 面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实 际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体 因受到火花或电弧等园响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于 Bla-B3c级区内具有爆炸危险场 所的温度测量。热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的， 即电阻体的阻值随温度的 变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可 以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表现，即Rt=Rt01+ <t-t0）式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0 （通常t0=0 C）时对应电 阻值；为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常 在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300c 左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200500c范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性 能可靠，在程控制中的应用极其广泛。工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都 有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料 一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸)、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理 性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系(最好 呈线性关系)。目前应用最广泛的热电阻材料是钳和铜：钳电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率 越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大， 适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有 R0=1QQ、 R0=100Q和R0=1000Q等几种，它们的分度号分别为 Pt10、Pt100、 Pt1000;铜电阻有 R0=50Q和R0=100Q两种，它们的分度号为 Cu50 和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。工业上普遍需要测量各类电量与非电物理量，例如电流(AD)、电压(VD)、功率(WD)、频率(FD)、温度(TT)、重量(LD)、位置(PT)、压 力、转速(RT)、角度等，都需要转换成可接收的直流模拟量电信号才 能传输到几百米外的控制室或显示设备上。 这种将被测物理量转换成 可传输直流电信号的设备称为变送器。工业上通常分为电量变送器(常见型号如：GP/FP系列、S3/N3系列、STM3系列等)和非电量 变送器。变送器的传统输出直流电信号有 0-5V、0-10V、1-5V、0-20mA、 4-20mA等，目前最广泛采用的是用420mA电流来传输模拟量。工 业上最广泛采用的是用420mA电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大， 导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百 米。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花 能量不足以引燃瓦斯。下限没有取 0mA的原因是为了能检测断线： 正常工作时不会低于4mA,当传输线因故障断路，环路电流降为 0。 常取2mA作为断线报警值。电流型变送器将物理量转换成420mA电流输出，必然要有外电 源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线， 加上两根电流输出 线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。当然，电流输出可以与 电源公用一根线（公用 VCC或者GND）,可节省一根线，称之为三 线制变送器。其实大家可能注意到，4-20mA电流本身就可以为变送器供电， 如图1C所示。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在 于变送器的耗电电流在420mA之间根据传感器输出而变化。显示仪 表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线，因而被称为 两线制变送器。工业电流环标准下限为 4mA,因此只要在量程范围 内，变送器至少有4mA供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一 般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百 米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在实际使用 中两线制传感器得到越来越多的应用技术原理1 .精度：优于0.5% ;2 .非线性失真：优于0.5%;3 .额定工作电压：+24V士 20% ,极限工作电压：W35V ;4 .电源功耗：静态 4mA,动态时相等与环路电流，内部限制 25mA+10%;5 .额定输入：5A 1KA (38个规格)；6 .穿孔穿芯圆孔直径：8、9、12、20、25、30 mm;7 .输出形式：两线制 DC420mA;8 .输出电流温漂系数：W 50Ppm6;9 .响应时间： 100ms10 .输入/输出绝缘隔离强度：AC3000V、1min、1mA;11 .输出负载电阻：RL = V+ 10V/0.02 (Q );注:(1)标准V+24V时负载阻抗为700Q;(2)RL = 250Q转换15 V的电阻 +两根传输线路总铜阻。12 .输入过载保护:30倍1min;13 .输出过流限制保护：内部限制 25mA+10%;注:(1)国际标准输出过流限制保护：内部限制 25mA+10%;(2)可按客户要求定制：内部限制 22mA+10%, 24mA+10%。14 .两线端口瞬态感应雷与浪涌电流 TVS抑制保护能力：TVS抑制冲击电流35A/20ms/1.5KW;15 .两线端口设置有+ 2 4 V电源反接保护；16 .输出电流设置有长时间短路保护限制；内部限制25mA+10%;17 .工作环境：-40 C-80C , 10% 90%RH;18 .贮存温度：-50C-85C;19 .执行标准：GB/T13850 1998;20 .系列型号，规格，接线示意图，产品外形，产品照片，安全 注意事项。八.能举例说明某品牌工业级别的 0.5级精度的电流变送器主要 特点有哪些吗？1 .专为电力自动化5 0 / 6 0 Hz交流电流测量而设计的真有效 值两线制变送器；2 .采用单匝穿孔穿芯式结构，将电流互感器和电流变送器两部分 组合为一体化设计；3 .具有6大全面保护功能：(1)、输入过载保护；(2)、输出过流限制保护；(3)、输出电流长时间短路保护；(4)、两线制端口瞬态感应雷与浪涌电流 TVS抑制保护；(5)、工作电源过压极限保护W 35V(6)、工作电源反接保护。4 .两线制输出接线是当前模拟量串口中最先进的输出方式，具有(1)、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的双绞线导线；(2)、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路 内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般情 况利用双绞线就能降低干扰；(3)、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差， 对于4-20mA两线 制环路，接收器电阻通常为250Q (取样Uout=15V)这个电阻小到 不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更 长更远；(4)、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同 通道间进行换接，不因电线长度的不等造成精度的差异；(5)、将4mA用于零电平，使判断输送线开路或传感器损坏(0mA 状态)十分方便。(6)，在两线输出口容易增设防浪涌，防雷器件，有利于安全防雷防 爆。5 .原副边高度绝缘隔离；6 .高可靠性，高稳定性，高性价比；7 .特别适用发电机、电动机、低压配电柜、空调、风机、路灯等 负载电流的智能监控系统。8 .超低功耗，单只静态时0.096W,满量程功耗为0.48W输出电流 内部限制功耗为0.6W辨别真伪变送器生产资料市场化以后，加剧激烈的竞争，真假优劣难辨，又因变 送器是边缘学科，很多工程设计人员对此较陌生，有些厂家产品工业 级别和民用商用级别指标混淆(工业级的价格是民用商用级的2-3倍) 有些厂家产品用几角钱的LM324和LM431就可以做出一只变送器， 不信的话您打开看看，你几百元买来的是不是用的LM324和LM431, 这样的变送器送您，您敢不敢用呵！笔者试以常用的0.5级精度的电流电压变送器为例，从以下方法 着手来辨别真假优劣。(1)基准要稳，4 mA是对应的输入零位基准，基准不稳，谈何精 度线性度，冷开机3分链内4 mA的零位漂移变化不超过 4.000mA0.5%以内；(即 3.98-4.02mA),负载 250 Q 上的压降为 0.995-1.005V,国外IC心片多用昂贵的能隙基准，温漂系数每度变化 10ppm;(2)内电路总计消耗电流4mA,加整定后等于4.000mA,而且有源 整流滤波放大恒流电路不因原边输入变化而消耗电流也随之变化，国外IC心片采用恒流供电；(3)当工作电压24.000V时,满量程20.000mA时,满量程20.000mA 的读数不会因负载0-700Q变化而变化；变化不超过20.000mA0.5%以 内；(4)当满量程20.000mA时，负载250Q时,满量程20.000mA的读数 不会因工作电压15.000V-30.000V变化而变化；变化不超过20.000mA0.5% 以内;(5)当原边过载时，输出电流不超过 25.000mA+10%以内，否则 PLC/DCS内供变送器用的24V工作电源和A/D输入箝位电路因功耗 过大而损坏，另外变送器内的射随输出亦因功耗过大而损坏， 无A/D 输入箝位电路的更遭殃；(6)当工作电压24V接反时不得损坏变送器，必须有极性保护；(7)当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过 24V时要箝位，不得 损坏变送器；一般在两线之间并联1-2只TVS瞬态保护二极管1.5KE 可抑制每20秒间隔一次的20毫秒脉宽的正反脉冲的冲击，瞬态承受 冲击功率1.5KW-3KW;(8)产品标示的线性度 0.5%是绝对误差还是相对误差，可以按以 下方法来辨别方可一目了然：符合下述指标是真的线性度0.5%.原边输入为零时输出4 mA正负0.5%(3.98-4.02mA),负载250Q 上的压降为0.995-1.005V原边输入10%时输出5.6mA正负0.5%(5.572-5.628mA)负载250 欧姆上的压降为1.393-1.407V原边输入25%时输出8mA正负0.5%(7.96-8.04mA)负载250Q上 的压降为1.990-2.010V原边输入50%时输出12mA正负0.5%(11.94-12.06mA)负载250Q 上的压降为2.985-3.015V原边输入75%时输出16mA正负0.5%(15.92-16.08mA)负载250Q 上的压降为3.980-4.020V原边输 100%时输出 20mA正负 0.5%(19.90-20.10mA)负载 250Q上的压降为4.975-5.025V(9)原边输入过载时必须限流：原边输入过载大于125%时输出过 流限制 25m A +10%(25.00-27.50mA)负载 250Q 上的压降为 6.250-6.875V;(10)感应浪涌电压超过24V时有无箝位的辨别：在两线输出端口 并一个交流50V指针式表头用交流50V接两根线去瞬间碰一下两线 输出端口，看有无箝位，箝位多少伏可一目了然啦；(11)有无极性保护的辨别：用指针式万用表Q乘10K档正反测量 两线输出端口，总有一次Q阻值无限大，就有极性保护；(12)有无极输出电流长时间短路保护：原边输入100%时或过载大于125%-200%时，将负载250Q短路，测量短路保护限制是否在 25mA+10%;(13)工业级别和民用商用级别的辨别：工业级别工作温度范围是 -25度到+ 7 0度，温漂系数是每度变化1 0 0ppm,即温度每度变化1度，精度变化为万分之一；民用商用级别工作温度范围是0度(或-10 度)到+ 7 0度(或+50度)，温漂系数是每度变化250 ppm,即温度 每度变化1度，精度变化为万分之二点五；电流电压变送器的温漂系 数可以用恒温箱或高低温箱来试验验证较繁琐。上述13种方法同样可用与其它变送器真假优劣的辨别。用途：压力变送器主要用于测量气体、液体和蒸汽的压力、负压和绝 对压力等参数，然后将其转换成4-20mA.DC信号输出。压力变送器包括GP型（表压力）和AP型（绝对压力）两种类型。GP和AP型与智能放大板结合，可构成智能型压力变送器，它可以 通过符合HART协议的手操器相互通讯，进行设定和监控.GP型压力 变送器的S室，一侧接受被测压力信号，另一侧则与大气压力贯通， 因此可用于测量表压力或负压.Ap型绝对压力变送器的S室一侧接受 被测绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室，它可以测量排气 系统、蒸储塔、蒸发器和结晶器等的绝对压力！压力变送器工作原理压力变送器被测介质的两种压力通入高、 低两压力室，作用在S元 件（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传 送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容 奥 TTITO当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力 差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压 力成正比的信号。压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变 送器相同，所不同的是低压室压力是大气压或真空。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号， 其值被微处理器用来判定输入压力值。微处理器控制变送器的工作。另外，它进行传感器线性化。重置测量范围。工程单位换算、阻尼、开方，传感器 微调等运算，以及诊断和数字通信。本微处理器中有16字节程序的RAM,并有三个16位计数器， 其中之一执行A /D转换。D/A转换器把微处理器来的并经校正过的数字信号微调数据， 这些数据可用变送器软件修改。数据贮存在 EEPROM内，即使断电 也保存完整。数字通信线路为变送器提供一个与外部设备（如275型智能通信 器或采用HART协议的控制系统）的连接接口。此线路检测叠加在 4-20mA信号的数字信号，并通过回路传送所需信息。通信的类型为 移频键控FSK技术并依据BeII202标准。温度变送器的工作原理热电偶或热电阻传感器将被测温度转变成电 信号，再将该信号送入温度变送器的输入网络，该网络包含调零和 热电偶补偿等相关电路。经调零后的信号输入到运算扩大器进行信号 扩大，扩大的信号一路经 V/I转变器计算处理后以420mA直流电流输出；另一路经 A/D转变器处理后到表头显示。 温度变送器的线性化电路有两种，均使用反馈方法。对热电阻传感器，用正反馈方法校正，对热电偶传感器，用多段折线逼近法进行校正。温度变送器有两种显示方法。LCD显示和LED显示。前者是采用两线制方法输出，后者使用的是三线制方法输出。