K型熱電偶

K型熱電偶是一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。

概述
K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。
K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。
K型熱電偶是目前用量的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2mm～4.0mm。
正極（KP）的名義化學成分為：Ni：Cr=90:10，負極（KN）的名義化學成分為：Ni:Si=97：3，其使用溫度為-200℃~1300℃。
K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。
K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛。


測溫原理
熱電偶測溫必須由熱電偶、連接導線及顯示儀表三部分組成。下圖是的熱電偶測溫示意圖。
按右圖組成的熱電偶蕊及測溫電偶絲1 ，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會產(chǎn)生熱電勢，這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象(即熱電效應)。在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢由溫差電勢和接觸電勢兩部分組成。接觸電勢：它是兩種電子密度不同的導體相互接觸時產(chǎn)生的一種熱電勢。當兩種不同的導體A和B相接觸時，假設導體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且Na>Nb，則在兩導體的接觸面上，電子在兩個方向的擴散率就不相同，由導體A擴散到導體B的電子數(shù)比從B擴散到A的電子數(shù)要多。導體A失去電子而顯正電，導體B獲得電子而顯負電。因此，在A、B兩導體的接觸面上便形成一個由A到B的靜電場，這個電場將阻礙擴散運動的繼續(xù)進行，同時加速電子向相反方向運動，使從B到A的電子數(shù)增多，最后達到動態(tài)平衡狀態(tài)。此時A、B之間也形成一電位差，這個電位差稱為接觸電勢。此電勢只與兩種導體的性質(zhì)相接觸點的溫度有關，當兩種導體的材料一定，接觸電勢僅與其接點溫度有關。溫度越高，導體中的電子就越活躍，由A導體擴散到B導體的電子就越多，接觸面處所產(chǎn)生的電動勢就越大，即接觸電勢越大。


特點
簡介
檢出(測溫)元件熱電偶是工業(yè)上的溫度檢測元件之一。必須配二次儀表，其優(yōu)點是：
①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），可達+2800℃（如鎢-錸）。
③構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。
2根據(jù)溫度測量范圍及精度，選用相應分度號的熱電偶
使用溫度在1300~1800℃，要求精度又比較高時，一般選用B型熱電偶；要求精度不高，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶；使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶；在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶，低于400℃一般用E型熱電偶；250℃下以及負溫測量一般用T型電偶，在低溫時T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。

K型熱電偶熱響應時間的測量
測量K型熱電偶的熱響應時間實際上是比較復雜的，不同的試驗條件會產(chǎn)生不同的測量結(jié)果，這是由于受周圍介質(zhì)的換熱率影響，換熱率高，則熱響應時間就短。
　　為了使熱電偶的熱響應時間具有可比性，國家標準規(guī)定：熱響應時間應在專用水流試驗裝置上進行。該裝置的水流速度應保持0.4±0.05m/s，初始溫度在5-45℃的范圍內(nèi)，溫度階 躍值為40-50℃。在試驗過程中，水的溫度變化應不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設計的置入深度。
　　由于熱電偶在室溫附近熱電勢很小，熱響應時間不容易測出，因此國家標準規(guī)定可采用同規(guī)格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然后進行試驗。
　　試驗時應記錄熱電偶的輸出變化至相當于溫度階躍變化50%的時間T0.5，必要時可記錄變化10%的熱響應時間T0.1和變化90%的熱響應時間T0.9。所記錄的熱響應時間，應是同一試驗 至少三次測試結(jié)果的平均值，每次測量結(jié)果對于平均值的偏離應在±10%以內(nèi)。此外，形成溫度階躍變化所需的時間不應超過被測試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響 應時間不應超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。


四大定律
1，均質(zhì)導體定律
熱電偶絲由同一種均質(zhì)材料（導體或半導體）兩端焊接組成閉合回路，無論導體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。
可見，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導體或半導體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產(chǎn)生附加熱電勢。
2，中間導體定律
在熱電偶回路中接入中間導體（第三導體），只要中間導體兩端溫度相同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響，這就是中間導體定律。
應用：依據(jù)中間導體定律，在熱電偶實際測溫應用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經(jīng)連接導線與顯示儀表連接構(gòu)成測溫系統(tǒng)。
有人擔心用銅導線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢會使測量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個定律，是沒有這個誤差的！
3，中間溫度定律
熱電偶回路兩接點（溫度為T、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。
應用：由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關系，當冷端溫度不為0攝氏度時，不能利用已知回路實際熱電勢E（t，t0)直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實際熱電勢E（t，t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進行修正。初學者經(jīng)常不按中間溫度定律來修正！
4，參考電極定律
這個定律是專業(yè)人士才研究、關注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標準電極，假設鎳鉻-鎳鉻熱電偶的正負極分別和標準電極配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳鉻的值。