马弗炉中的热电偶介绍

马弗炉中的热电偶介绍

马弗炉中的热电偶有K型、S型、R型等等不同规格,以下是有关热电偶的小知识。
热电偶工作原理
两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
热电偶测温的应用原理 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：
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。
测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
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，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势， 应该注意以下基本概念：
热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；
热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；
当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。
　
常用热电偶丝材及其性能
１、铂铑10-铂热电偶（Ｓ型，也称为单铂铑热电偶）Orton使用的就是这种热电偶
该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂；它的特点是：
热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃，超达1400℃时，即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶，使晶粒粗大而断裂；
精度高，它是在所有热电偶中，准确度等级最高的，通常用作标准或测量较高的温度；
使用范围较广，均匀性及互换性好；
主要缺点有：微分热电势较小，因而灵敏度较低；价格较贵，机械强度低，不适宜在还原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。
2、镍铬-镍硅（镍铝）热电偶（Ｋ型）
该热电偶的正极为含铬10%的镍铬合金，负极为含硅3%的镍硅合金（有些国家的产品负极为纯镍）。可测量0～1300℃的介质温度，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃，其热电势与温度的关系近似线性，价格便宜，是目前用量最大的热电偶。
Ｋ型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶，不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用；当氧分压较低时，镍铬极中的铬将择优氧化，使热电势发生很大变化，但金属气体对其影响较小，因此，多采用金属制保护管。
Ｋ型热电偶的缺点：
热电势的高温稳定性较Ｎ型热电偶及贵重金属热电偶差，在较高温度下（例如超过1000℃）往往因氧化而损坏；
在250～500℃范围内短期热循环稳定性不好，即在同一温度点，在升温降温过程中，其热电势示值不一样，其差值可达2～3℃；
负极在150～200℃范围内要发生磁性转变，在室温至230℃范围内分度值往往偏离分度表，尤其是在磁场中使用时往往出现与时间无关的热电势干扰；
长期处于高通量中系统辐照环境下，由于负极中的锰(Ｍn)、钴(Ｃo)等元素发生蜕变，使其稳定性欠佳，致使热电势发生较大变化。
3、镍铬硅-镍硅热电偶（Ｎ型） Orton的低温膨胀仪上使用的就是这种热电偶
该热电偶的主要特点是：在1300℃以下调温抗氧化能力强，长期稳定性及短期热循环复现性好，耐核辐射及耐低温性能好，另外，在400～1300℃范围内，Ｎ型热电偶的热电特性的线性比Ｋ型偶要好；但在低温范围内（-200～400℃）的非线性误差较大，同时，材料较硬难于加工。
4、铂铑30-铂铑6热电偶（Ｂ型）
该热电偶的正极是含铑30%的铂铑合金，负极为含铑6%的铂铑合金，在室温下，其热电势很小，故在测量时一般不用补偿导线，可忽略冷端温度变化的影响；长期使用温度为1600℃，短期为1800℃，因热电势较小，故需配用灵敏度较高的显示仪表。
Ｂ型热电偶适宜在氧化性或中性气氛中使用，也可以在真空气氛中的短期使用；即使在还原气氛下，其寿命也是Ｒ或Ｓ型的10～20倍；由于其电极均由铂铑合金制成，故不存在铂铑－铂热电偶负极上所有的缺点、在高温时很少有大结晶化的趋势，且具有较大的机械强度；同时由于它对于杂质的吸收或铑的迁移的影响较少，因此经过长期使用后其热电势变化并不严重、缺点价格昂贵。
5、铜-铜镍热电偶（Ｔ型）
T型热电电偶,该热电偶的正极为纯铜，负极为铜镍合金（也称康铜），其主要特点是：在贱金属热电偶中，它的准确度最高、热电极的均匀性好；它的使用温度是-200～350℃，因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃，在-200～300℃范围内，它们灵敏度比较高，铜－康铜热电偶还有一个特点是价格便宜，是常用几种定型产品中最便宜的一种。
6、铁-康铜热电偶（Ｊ型）
J型热电偶,该热电偶的正极为纯铁，负极为康铜（铜镍合金），具特点是价格便宜,适用于真空氧化的还原或惰性气氛中，温度范围从-200～800℃，但常用温度只是500℃以下，因为超过这个温度后，铁热电极的氧化速率加快，如采用粗线径的丝材，尚可在高温中使用且有较长的寿命；该热电偶能耐氢气及一氧化碳等气体的腐蚀，但不能在高温（例如500℃）含硫的气氛中使用。
电热元件
人 在马弗炉中,除了热电偶以外，还有电热元件，不同的电热元件适用的温度不同、适应的状态也不同。
硅钼棒(MoSi2)，在空气中连续使用的最高温度为1800℃。在高温下表面生成一层致密的SiO2玻璃膜，防止进一步氧化，但还原气氛会破坏保护层。在400～700℃温度范围内会发生低温氧化而遭破坏，故不应在此范围内长期使用。硅钼棒使用寿命长，且不易发生老化而需更换。硅钼棒在室温下既脆又硬，有较高的抗弯和抗拉强度，在1350℃以上变软且有延展性，伸长率约5%，冷却后又恢复原尺寸和脆性。
硅碳棒(SiC)，在空气中，1000℃以下氧化极慢，1350℃时氧化显著，在1350～1500℃间生成SiO2，而SiO2在1700℃左右熔化，生成的SiO2在熔化时覆盖在SiC上面，阻碍SiC再继续氧化。硅碳棒的氧化主要表现为其电阻增加，在使用60～80h后，其电阻增加15%～20%，以后逐渐减缓，这种现象称为“老化”。硅棒老化后电流就要下降，要使功率保持不变必须提高电压，所以硅碳棒电炉需设调压装置，经长期加热，硅碳棒的电阻越来越大，最后终于大到不能再继续使用而废弃。硅碳棒的安全使用温度达1600℃。市售的一般硅碳棒在空气气氛下，炉温在1400℃时，连续使用寿命约为2000h以上，间断使用为1000h以上。炉温在1000℃时，使用寿命可达5000h左右。硅碳棒在低温时，其电阻与温度成反比，约在800℃时，其电阻温度特性由负变为正；在800℃以上，其电阻与温度成正比。
铬铝钴合金，熔化点约为1500℃，加热后在其表面生成Al2O3薄膜，阻碍内部金属继续氧化，其最高使用温度可达1400℃。但它的强度比镍铬合金低得多，一旦过烧，容易变形倒塌，造成短路而烧毁。尤其是经高温使用一段时间后，晶粒粗大，脆性增加，容易断裂。它的安全使用温度应在1350℃以下。与镍铬合金相比， 铬铝钴合金使用温度高，电阻系数大，电阻温度系数小，表面容许负荷高，密度小，价格便宜，因此使用广泛。应注意铬铝钴合金在高温下会与酸性耐火材料及氧化铁皮发生化学反应，破坏表面的Al2O3保护膜，因此在使用时必须注意这点。

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