温度测量

关于热电偶,你应该知道什么?

热电偶是基于比较测量的原则。热电偶由两个不同材料的金属导体组成,它们在顶端焊接在一起。这使得热电偶特别耐振动。 一个工业热电偶由一个用于测量的热电偶组成。热电偶连接到评估单元(例如变送器)的终端温度或参考结点温度始终作为参考。这是必要的,这样终端点的环境温度就不会影响测量结果。

Was ist ein Thermoelement?

Thermoelemente basieren auf dem Prinzip der vergleichenden Messung und bestehen aus zwei metallischen Leitern verschiedener Materialien (Thermopaar), die an der Spitze miteinander verschweißt sind. Je nach Materialpaarung besitzen sie eine unterschiedlich starke Thermospannung und sind für andere Temperaturbereiche geeignet. Am häufigsten verwendet werden Thermoelemente Typ K und Thermoelemente Typ J.

热电偶是如何构造的?

通常情况下,热电偶由两种材料的组合组成,直径范围为0.2至5毫米。当使用铑或铂等贵族材料时,这些尺寸范围为0.1至0.5毫米。在选择热电偶材料时,应注意确保其具有较高的塞贝克系数,并且温度对其数值的影响尽可能小,以实现线性特性。根据测量温度的范围来选择合适的热电偶材料。

探头的外壳会暴露在非常高的温度下,因此有必要使用不同类型的钢。在最高温度下,热电偶保护管由耐热钢或陶瓷材料制成。热电偶保护管必须具有抗腐蚀、抗热震和抗机械损伤的能力。防止热电偶腐蚀的一个理想特征是不渗透气体,因为这些气体可能会大大加速热电偶的老化过程。也有一些没有盖子的设计,用于减少动态误差。对于特殊的测量,如液态金属、玻璃或液态钢的温度,可使用高度专业化的热电偶设计。

Welche Eigenschaften sollte ein Thermoelement besitzen?

Das Schutzrohr muss gegen Korrosion, Temperatur­schock und mechanische Beschädigung beständig sein. Eine wünschenswerte Eigenschaft zur Vermeidung von Korrosion des Thermoelements ist die Undurchlässigkeit von Gasen, die den Alterungs­prozess des Thermoelements erheblich beschleunigen könnten. Designs ohne Abdeckung können zur Reduzierung dynamischer Fehler verwendet werden.

Außerdem sollte bei der Auswahl eines Thermoelementmaterials darauf geachtet werden, dass es einen hohen Seebeck-Faktor besitzt und dass die Temperatur seinen Wert so wenig wie möglich beeinflusst, um eine lineare Kennlinie zu erreichen.

Wie unterscheiden sich Thermoelemente und Widerstandsthermometer?

Im Gegensatz zu einem Widerstandsthermometer kann ein Thermoelement in einem wesentlich höheren Temperaturbereich eingesetzt werden. Darüber hinaus sind Thermoelemente robuster und widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Belastungen.

热电偶中有哪些金属组合,你如何识别它们?

从大量可能的金属组合中,选择了某些金属并对其特性进行了标准化,特别是一系列的应力和允许的极限偏差。以下元素在热电电压及其公差方面已经在世界范围内(IEC)和欧洲或国家标准中进行了标准化。

热电偶的颜色编码

元素

最高温度

定义为直到

加长腿

减去腿部

Fe-CuNi

„J“

750°C

1200°C

黑色

白色

Ce-CuNi

„T“

350°C

400°C

棕色

白色

NiCr-Ni

„K“

1200°C

1370°C

绿色

白色

NiCr-CuNi

„E“

900°C

1000°C

紫色

白色

NiCrSi-NiSi

„N“

1200°C

1300°C

粉红色

白色

Pt10Rh-Pt

„S“

1600°C

1540°C

橙色

白色

Pt13Rh-Pt

„R“

1600°C

1760°C

橙色

白色

Pt30Rh-Pt6Rh

„B“

1700°C

1820°C

灰色

白色

符合DIN EN 60 584标准的热电偶

 

元素

最高温度

定义为直到

加长腿

减去腿部

Fe-CuNi

„L“

700°C

900°C

红色

蓝色的

Ce-CuNi

„U“

400°C

600°C

红色

棕色

符合DIN 43 710标准的热电偶

补偿电缆的颜色编码

元素

类型

钵体

加长腿

减去腿部

Cu-CuNi

„T“

棕色

棕色

白色

Fe-CuNi

„J“

黑色

黑色

白色

NiCr-Ni

„K“

绿色

绿色

白色

NiCrSi-NiSi

„N“

粉红色

粉红色

白色

NiCr-CuNi

„E“

紫色

紫色

白色

Pt10Rh-Pt

„S“

橙色

橙色

白色

Pt13Rh-Pt

„R“

橙色

橙色

白色

根据DIN EN 60 584,对元件进行颜色编码

 

元素

类型

钵体

加长腿

减去腿部

Fe-CuNi

„L“

蓝色的

红色

蓝色的

Ce-CuNi

„U“

棕色

红色

棕色

根据DIN 43 713标准,对元件进行颜色编码

 

元素

类型

钵体

加长腿

减去腿部

NiCr-Ni

„K“

绿色

红色

绿色

Pt10Rh-Pt

„S“

白色

红色

白色

Pt13Rh-Pt

„R“

白色

红色

白色

根据DIN 43 714,1979年状态,元素的颜色编码


热电偶是如何工作的?

热电偶的原理是所谓塞贝克效应的结果。这一现象可以用自由电子的理论来解释,根据这一理论,不同类型的导体具有不同的自由电子密度。在构成热电偶的两个不同导体的接触点,电子将从一个导体移动到另一个导体。更多的电子将从一个密度较高的导体移到一个密度较低的导体。电子迁移的强度取决于两个导体接触点的温度,它也是温度越高越好。由两个不同的导体组成的热电偶电路中形成的电动力,其两端被置于不同的温度下,由公式给出。

V=(S-SA)⋅(T2-T1)

由此产生的电动势是每摄氏度几到几十微伏的量级。


如何选择正确的热电偶?

热电偶类型的选择主要取决于工作温度。此外,应选择具有高热电电压的元件,以获得对干扰尽可能不敏感的测量信号。在下表中。热电偶的属性中列出了不同的元素,并附有简短的特征说明。推荐的最高温度只能作为基本值,因为它们在很大程度上取决于应用条件。它们指的是底座的电线直径为3毫米,贵族元件的电线直径为0.5毫米。


Cu-CuNi

350°C

少量传播。

Fe-CuNi

700°C

使用广泛,价格低廉,易受腐蚀。

NiCr-CuNi

700°C

低扩散,高热电电压。

NiCr-Ni

1000°C

通常用于800 - 1000°C范围,也适用于较低的温度范围。

NiCrSi-NiSi

1300°C

(仍然)少有广泛存在。可部分取代贵族元素。

Pt10Rh-Pt

1500°C (1300°C)

成本高,长期一致性非常好,密切耐受。

Pt30Rh-Pt6Rh

1700°C

成本高,热电压最低,最高温度高。


如何连接热电偶?

由于热电偶或补偿电缆的内部电阻较低,其长度是次要的。然而,对于横截面较小的较长的电缆,热电偶或补偿电缆的电阻可以承担相对较高的数值。为了避免显示错误,从属设备的输入电路的内部电阻必须至少比所连接的热电偶的电阻大1000倍。只能使用与元件本身材料相同或具有相同热电特性的补偿电缆,否则将在结点处产生一个新元件。补偿电缆必须铺设到参考结点上。连接热电偶时,必须注意极性。


在发生短路或中断的情况下,你该怎么做?

如果测量温度等于参考结点温度,热电偶就不提供电压。如果热电偶或补偿电缆短路,新的测量点将在短路的位置产生。如果发生这种短路,例如在连接头,则不再显示实际测量点的温度,而是显示连接头的温度。如果测量电路出现中断,后续设备会显示参考结点温度。