螺旋管状来提高灵敏度。双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，只能用做一般的工业用仪表。$2.3热电偶温度计热电隅温度计是以热电效应为基础将温度变化转换为热电势变化进行温度测量的仪表。是目前应用最为广泛的温度传的温度传感器。它测温的精度高和灵敏度好，稳定性及复现性较好，响应时间小，结构简单，使用方便，测温范围广，可以用来测量一200~1600℃，在特殊情况下，可测至2800℃的高温或4K的低温。2.3.1测温原理热电偶的测温原理是基于1821年塞贝克（Seebeck）发现的热电现象。将两种不同的导体或半导体连接成如下图所示的闭回路，如果两个接点的温度不同（t>to），则在回路内就会产生热电动势，这种现象称为塞贝克热电效应。A图中闭合回路称之为热电偶。导体A和B称之为T,T热电偶的热电丝或热偶丝。热电偶两个接点李考档测纸端中置于温度为t的被测对象中的接点称为测量端：B又称工作端或热端，温度为参考温度to的另一端称之为参考端，又称自由端或冷端。图 2-1-1热电偶产生的热电势由接触电势与温差电势两部分组成。1接触电势接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处成的电动势。接触电势大小与温度高低及导体中的电子密度有关。温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度的比值也越大，接触电势也越大。2温差电势温差电势是在同一根导体中。由于两端温度不同而产生的一种电势。3热电偶回路的热电势EA(t,fo)AFAB(OEAR(O)EAB(t.fo)BEg(f.fo)对于A、B两种导体构成的热电偶回路中，总热电势包括两个接触电势和两个温差电势。EAB（T,TO)=EAB（T)—EAB（TO)+EB(T,TO)—EA（T,To)KrIN-dt(2-1-5)、eJraNBt对于确定的材料A和B，NAt与NBt和温度t的关系已知，则：EAB(T,To) =f (T)-f (To)(2-1-6)如果参考端温度（To）保持恒定，则：EAB(T, To)=f(T)+C(2-1-7)从中可以看出：（1）热电偶两电极材料相同，无论热电偶两端温度如何，热电偶回路总热电偶为零。（2）如果热电偶两端温度相同（T=To），则尽管两电极材料不同，热电偶回路内的总热电势也为零
螺旋管状来提高灵敏度。双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，只能用做一般 的工业用仪表。 §2.3 热电偶温度计 热电隅温度计是以热电效应为基础将温度变化转换为热电势变化进行温度测量的仪表。 是目前应用最为广泛的温度传的温度传感器。它测温的精度高和灵敏度好，稳定性及复现性 较好，响应时间小，结构简单，使用方便，测温范围广，可以用来测量－200~1600℃，在特 殊情况下，可测至 2800℃的高温或 4K 的低温。 2.3.1 测温原理 热电偶的测温原理是基于 1821 年塞贝克（Seebeck）发现的热电现象。将两种不同的导 体或半导体连接成如下图所示的闭回路，如果两个接点的温度不同（t＞t0），则在回路内就 会产生热电动势，这种现象称为塞贝克热电效应。 图中闭合回路称之为热电偶。导体 A 和 B 称之为 热电偶的热电丝或热偶丝。热电偶两个接点 中置于温度为t的被测对象中的接点称为测量端； 又称工作端或热端，温度为参考温度 t0 的另一端 称之为参考端，又称自由端或冷端。 图 2-1-1 热电偶产生的热电势由接触电势与温差电势两部分组成。 1 接触电势 接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处成的电动势。接触电势 大小与温度高低及导体中的电子密度有关。温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度的 比值也越大，接触电势也越大。 2 温差电势 温差电势是在同一根导体中。由于两端温度不同而产生的一种电势。 3 热电偶回路的热电势 对于 A、B 两种导体构成的热电偶回路中，总热电势包括两个接触电势和两个温差电势。 EAB（T，T0）=EAB（T）—EAB（T0）+EB（T，T0）—EA（T，T0） = T T e K 0 ln Bt At N N dt (2-1-5) 对于确定的材料 A 和 B，NAt 与 NBt 和温度 t 的关系已知，则： EAB（T，T0）=f（T）—f（T0） (2-1-6) 如果参考端温度（T0）保持恒定，则： EAB（T，T0）=f（T）+C (2-1-7) 从中可以看出： （1） 热电偶两电极材料相同，无论热电偶两端温度如何，热电偶回路总热电偶为零。 （2） 如果热电偶两端温度相同（T=T0），则尽管两电极材料不同，热电偶回路内的 总热电势也为零
一般情况下，热电偶的接触电势远大于温差电势，故其热电势的级性取决于接触电势的极性。在两个热电极当中，电子密度大的导体A总是正极，而电子密度小的导体B总是负极。2.3.2基本定律1均质导体定律由同一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何，不论其各处的温度分布如何都不能产生热电势。如果，热电势本身材质不均匀，由手温度梯度的存在，将会产生附加热电势。2中间导体定律在热电偶回路中接入中间导体C后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。3中间温度定律在热电偶测温回路中，常会遇到热电极的中间连接，如果连接导体A或B的热电特性相同，则总热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和。根据这个定律，在实际测温中的安装情况，可以用热电特性相同的导体，起到延伸加长热电极的作用，以适用不同的安装要求。4标准电极定律如果导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶，其测量端温度为t，参考端温度均为to.产生的热电势分别为EAc（t，to）和EBc（t，to），则由导体A、B组成的势电偶产生的热电势为：EAB(t,to)=EAc(t，to)-EAc(t,to)=EAc(t,to)+EAc(t,to)(2-1-8)其中导体C称为标准电极，一般用纯铂。因为铂容易提纯，物理化学性质稳宣，熔点较高。方便了热电偶的选配。只要知道某些材料与标准电极相配的热电势，就可以由上述定律求出任何两种材料组成的热电偶的热电势。2.3.3热电偶材料与结构1热电偶材料根据热电偶测温原理，理论上任意两种导体都可以组成热电偶。但为了保证一定的测量精度，对组成电极材料必须进行严格选择。工业用热电极材料应满足以下要求：（1）热电极的物理性质和化学性能稳定性较高，即在测温范围内热电特性不随时间变。(2)电阻温度系数小，导电率高。(3)温度每升高1℃所产生的热电势要大，而且热电势与温度之间尽可能为线性关系。（4）材料组织要均匀，有韧性，复现性好，便于成批生产及互换。(1)标准化热电偶目前中国已采用国际电工委员会推荐的8种标准化热电偶。8种标准化热电偶的主要性能见表：标准化热电偶的主要性能允许偏差点/C景高使用温度℃（长期-短分度号热电偶名称1级Ⅱ级Ⅱ级期)S铂佬10一铂0~1100±10~600± 1.50.5 1300~16001100-1600600~1100±0.25%tR铂13一铂
一般情况下，热电偶的接触电势远大于温差电势，故其热电势的级性取决于接触电势 的极性。在两个热电极当中，电子密度大的导体 A 总是正极，而电子密度小的导体 B 总是 负极。 2.3.2 基本定律 1 均质导体定律 由同一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何，不论其各处的 温度分布如何都不能产生热电势。如果，热电势本身材质不均匀，由于温度梯度的存在，将 会产生附加热电势。 2 中间导体定律 在热电偶回路中接入中间导体 C 后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对 热电偶回路的总电势没有影响。 3 中间温度定律 在热电偶测温回路中，常会遇到热电极的中间连接，如果连接导体 A′或 B′的热电特 性相同，则总热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和。 根据这个定律，在实际测温中的安装情况，可以用热电特性相同的导体，起到延伸加 长热电极的作用，以适用不同的安装要求。 4 标准电极定律 如果导体 A、B 分别与第三种导体 C 组成热电偶，其测量端温度为 t，参考端温度均为 t0，产生的热电势分别为 EAC（t，t0）和 EBC（t，t0），则由导体 A、B 组成的势电偶产生的热 电势为： EAB（t，t0）= EAC（t，t0）－EAC（t，t0） = EAC（t，t0）+EAC（t，t0） (2-1-8) 其中导体 C 称为标准电极，一般用纯铂。因为铂容易提纯，物理化学性质稳宣，熔点 较高。方便了热电偶的选配。只要知道某些材料与标准电极相配的热电势，就可以由上述定 律求出任何两种材料组成的热电偶的热电势。 2.3.3 热电偶材料与结构 1 热电偶材料 根据热电偶测温原理，理论上任意两种导体都可以组成热电偶。但为了保证一定的测量 精度，对组成电极材料必须进行严格选择。工业用热电极材料应满足以下要求： （1） 热电极的物理性质和化学性能稳定性较高，即在测温范围内热电特性不随时间变。 （2） 电阻温度系数小，导电率高。 （3） 温度每升高1℃所产生的热电势要大，而且热电势与温度之间尽可能为线性关系。 （4） 材料组织要均匀，有韧性，复现性好，便于成批生产及互换。 (1)标准化热电偶 目前中国已采用国际电工委员会推荐的 8 种标准化热电偶。8 种标准化热电偶的主要性 能见表： 标准化热电偶的主要性能 分度号 热电偶名称 允许偏差点/℃ 最高使用温度℃（长期~短 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 期） S R 铂铑 10—铂 铂铑 13—铂 0~1100±1 1100~1600 0~600±1.5 600~1100±0.25%t ￠0.5 1300~1600
(1+(t-1100)X0.3%铂13一铂6B600~1700±0.25%t600~800±40.516~1800800~1700±0.5%tK镍铬一镍硅-40~1100±1.5-200~40±2.5@ 0.3 700~800-40~900±2.5或 0.4%t或0.75%t或 1.5%t 3.2 1200~1300E镍铬一康铜40~800 ±1.540-900±2.5或-200-40±2.5或0.3 0.5 350-4500.75%t1.5%t或0.4% 3.2 750~900J铁一康铜40~750±1.5-40~750 ± 2.5或α0.3/0.5300~4000.75%t或0.4%t± 2.5/3.2 600~750T铜一康铜40~350±0.5-40-350±1或-200~40±1或α0.2 150~2000.75%t1.5%t或0.4%tα 1.6 350~400N镍铬硅一镍硅-40~1100±1.5-40~1300±2.5或-200~40±2.5或α0.3700~8000.75%t1.5%t或0.4%α3.2 1200~1300(2)非标准化热电偶在超高温、低温等这些特殊测温条件下，应用一些特殊的热电偶。①镍铬一金铁热电偶标准热电偶材料，在常温附近具有很高的灵敏度，而在低温酸灵敏度却迅速下降，从而无法在液氢、液氨等介质中使用，附着低温科学和低温技术的研究与应用，低温、超低温测量问题成迫切需要解决的重要问题，镍铬一金铁热电偶能在液氢温度范围，保持大于10uV/℃的灵敏度，适用于0~273K的低温范围，测量误差可达到土0.5℃，是一种较理想的低温测量热电偶。②非金属热电偶传统热电偶是由单一金属或合金导体材料制成的，在某些特殊场合下，金属材料有一定的局限性。如：金属中钨的熔点最高，也只有3422℃，并且3000℃以上的绝缘材料也不易解决：金属热电偶在1500℃以上均与碳起化学反应，而铂金属其性能较好，但价格昂贵，因此在使用上受到一定的限制，且难以解决高温含碳气氛下的测温问题。人们通过非金属材料的研究，它具有以下的特点：热电势远大于金属热电偶材料；熔点高，且在熔点以下均很稳定，有可能在某些范围内代替贵金属热电偶材料；在含碳气氛中也很稳定，可在极恶劣的条件下工作。缺点：复现性差；机械强度低。在实际使用中受到很大限制。国外已定型并投入生产的有如下。（1）石墨一碳化钛热电偶在含碳和中性气氛中可测至2000℃的高温国，允许温差为土（0.1%~1.5%t）℃（2）WSi2一MoSiz热电偶在含碳中性和还原性气氛中，可测到2500℃。（3）碳化硼一石墨热电偶特点是硬度大、耐磨、耐高温、抗氧化；化学性能稳定，与酸碱均不起作用；在600~2000℃范围内线性好，热电势大，为钨热电偶的19倍。2.热电偶结构
(1+(t－1100)×0.3% B 铂铑 13—铂铑 6 600~1700±0.25%t 600~800±4 800~1700±0. 5%t ￠0.5 16~1800 K 镍铬—镍硅 -40~1100±1.5 或 0.4%t -40~900±2.5 或 0.75%t -200~40±2.5 或 1.5%t ￠0.3 700~800 ￠3.2 1200~1300 E 镍铬—康铜 -40~800±1.5 或 0.4%t -40~900 ± 2.5 或 0.75%t -200~40 ± 2.5 或 1.5%t ￠0.3 0.5 350~450 ￠3.2 750~900 J 铁—康铜 -40~750±1.5 或 0.4%t -40~750 ± 2.5 或 0.75%t ￠0.3 /0.5 300~400 ￠2.5/3.2 600~750 T 铜—康铜 -40~350±0.5 或 0.4%t -40~350 ± 1 或 0.75%t -200~40 ± 1 或 1.5%t ￠0.2 150~200 ￠1.6 350~400 N 镍铬硅—镍硅 -40~1100±1.5 或 0.4%t -40~1300 ± 2.5 或 0.75%t -200~40 ± 2.5 或 1.5%t ￠0.3 700~800 ￠3.2 1200~1300 (2)非标准化热电偶 在超高温、低温等这些特殊测温条件下，应用一些特殊的热电偶。 ① 镍铬—金铁热电偶 标准热电偶材料，在常温附近具有很高的灵敏度，而在低温酸灵敏度却迅速下降，从 而无法在液氢、液氦等介质中使用，附着低温科学和低温技术的研究与应用，低温、超低温 测量问题成迫切需要解决的重要问题，镍铬—金铁热电偶能在液氦温度范围，保持大于 10μV/℃的灵敏度，适用于 0~273K 的低温范围，测量误差可达到±0.5℃，是一种较理想的 低温测量热电偶。 ② 非金属热电偶 传统热电偶是由单一金属或合金导体材料制成的，在某些特殊场合下，金属材料有一 定的局限性。如：金属中钨的熔点最高，也只有 3422℃，并且 3000℃以上的绝缘材料也不 易解决；金属热电偶在 1500℃以上均与碳起化学反应，而铂金属其性能较好，但价格昂贵， 因此在使用上受到一定的限制，且难以解决高温含碳气氛下的测温问题。 人们通过非金属材料的研究，它具有以下的特点：热电势远大于金属热电偶材料；熔 点高，且在熔点以下均很稳定，有可能在某些范围内代替贵金属热电偶材料；在含碳气氛中 也很稳定，可在极恶劣的条件下工作。缺点：复现性差；机械强度低。在实际使用中受到很 大限制。国外已定型并投入生产的有如下。 （1） 石墨—碳化钛热电偶 在含碳和中性气氛中可测至 2000℃的高温国，允许温差为±（0.1%~1.5%t）℃ （2） WSi2—MoSi2 热电偶 在含碳中性和还原性气氛中，可测到 2500℃。 （3）碳化硼—石墨热电偶 特点是硬度大、耐磨、耐高温、抗氧化；化学性能稳定，与酸碱均不起作用；在 600~2000℃ 范围内线性好，热电势大，为钨铼热电偶的 19 倍。 2.热电偶结构