热电偶温度传感器分析及其发展趋势

作者: 未知

【摘要】本文重点介绍了热电偶温度传感器的高质量应用，分析了热电偶的工作原理，分类和保护装置，对它们有基本的了解，然后从三个方面对热电偶温度进行了实际说明. 传感器的应用最后总结了其发展趋势，从而得出热电偶温度传感器在工业上的重要意义.

[关键词]热电偶温度传感器；抗氧化钨热电偶；复合管式热电偶；黄金/铂金热电偶

在瞬态温度测量期间，温度会随着时间连续变化. 同时，测试环境中可能会有高压或高速流动. 由于热电偶温度传感器内部的温度感测元件的热惯性以及其自身有限的热传导，所测得的温度与实际温度和实际温度存在一定偏差，因此很难确保瞬态温度测量. #为了最大程度地减少此类系统错误，必须使用动态校准来修改传感器的温度测量结果，以使其更接近实际温度信号.

实际上，热电偶温度传感器的主体是通过焊接性能不同的导体或半导体的两端制成的，结构简单. 精度高的原因是，在温度测量过程中，当介质直接接触被测物时，不受中间介质的影响. 常用热电偶的温度范围为-200〜1300℃. 随着科学技术的发展，各种特殊材料在热电极中得到了广泛的应用，具有更高的精度和灵敏度.

1热电偶的工作原理和分类

热电偶的工作原理基于塞贝克效应，即: 如果闭环由两条具有不同成分的均质导体组成，则当两端存在温度梯度时，环路中就会有电流，然后在两端之间有塞贝克电位-热电势[1]. 其值与构成热电偶的金属材料的性质，热端和冷端之间的温差大小有关，而与热电极的长度和直径无关. 热电偶是将温度转换成热电势的温度传感元件. 它配备有辅助仪器，可通过测量热电势来测量温度值.

标准化热电偶技术相对成熟，应用广泛，性能优良且稳定，可以分批生产，同一型号可以互换，统一索引，并有配套的仪器.

2个热电偶保护装置

热电偶保护装置称为保护套，可以使热电极与被测介质不直接接触，可以防止或减少火焰和气流的腐蚀和辐射，从而确保其长期使用生活. 为了提高温度测量的准确性，保护热电极和保护套的材料应具有以下性能: 良好的气密性；稳定的理化特性；良好的导热性；应该具有足够的机械强度. 在某些特殊场合，保护套的材料也有特殊要求. 目前，中国的热电偶保护套管按其材料主要分为金属和非金属两类.

3新型热电偶温度传感器的研究与应用

3.1抗氧化钨热电偶

涂钨的热电偶是耐火金属热电偶中最成功的，也是在1800°C以上可测量的工业热电偶中最好的热电偶. 它被广泛用于航空航天和航空航天等高科技领域. 核工业. 该热电偶的特性是: 电极线的熔点高，强度高；它很容易被氧化；热电势大，灵敏度高. 价格便宜，钨镍热电偶丝的价格仅为S型热电偶的1/6，B型热电偶的1/8.

一个想法是在钨热电偶保护管中创建一个非氧化性气氛，以使其在非氧化性气氛中工作. 取得了突破性进展，冶金，化工等行业取得了令人满意的成绩. 东北大学研制的固体抗氧化钨热电偶已获得国家专利. 它不仅可以用于氧化和还原气氛，还可以用于替代气氛. 自1992年以来，沉阳冶炼厂已使用它来代替铂锗基贵金属热电偶[2]. 结果表明，其使用寿命是铂锗热电偶的1至2倍，价格不到铂锗热电偶的一半，具有明显的经济效益和社会效益. 目前，博明热电偶价格昂贵，必须根据国情推广耐氧化钨的热电偶.

3.2复合管式热电偶

美国霍斯金斯公司开发了一种复合管式热电偶2300型，可以在1260℃下长时间使用. 其特点是: 采用特殊的镍基耐热合金作为热电偶套管的材料；采用高精度的N型或K型热电偶丝和高纯度的Mg0，并经过特殊工艺制成了复合管型热电偶，高温下的热稳定性高；独特的生产工艺，可生产超常规长热电偶（L = SOOm），其直径为1.0〜6.4mm；耐高温，抗氧化，使用寿命长.

3.3金/铂热电偶

在ITS-90温度标度实施之前，加拿大人EH Mclaren和EGMurdock开始研究金/铂热电偶. 通过广泛的实验工作，发热电偶具有良好的可重复性. 实施ITS-90温度标度后，人们质疑高温铂电阻HTPRT对银凝固点（961.78°C）的稳定性. 这时，许寻求更好的温度测量元件，并且金/铂热电偶成为众多国家研究的对象. 美国的NIST，英国的NPL和韩国的KRISS等研究机构进行了研究. 其中，美国NIST的GWBurns在其题为“金/铂热电偶: ITS-90温度标度下的研究数据和参考功能”中指出“在0°C至1000°C的温度范围内，在为期两年的实验中，在961°C至965°C的条件下，金/铂热电偶在银的凝固点（961.7°C）上进行的1000h总时间不超过t16mK. 铝的温度点表明其不均匀度为2mK（浸入深度变化7.4cm）[3]. 这些数据表明，银的凝固点（961.78）的稳定性优于高温铂电阻温度计HTPRT. 已经有国际认可的金/铂热电偶分度表，金/铂热电偶已进入应用阶段，中国已经进行了这项研究.

4热电偶温度传感器的发展趋势

近年来，中国的工业现代化进程以及电子信息产业的持续快速增长推动了传感器市场的快速增长. 热电偶温度传感器是一种重要的传感器类型什么叫恺装温度元件，占传感器总需求的40％以上. 热电偶温度传感器用途广泛，可广泛用于温度测量和控制，温度补偿，流量，流量和风速确定，液位指示，温度测量，紫外和红外光测量，微波功率测量等. 彩色电视，电脑彩色显示屏，开关电源什么叫恺装温度元件，热水器，冰箱，厨房设备，空调，汽车等领域. 近年来，汽车电子和消费电子行业的快速增长推动了中国对温度传感器的需求快速增长.

结论

总而言之，热电偶作为工业领域中最常用的温度测量元件，对当前的研究敏感且稳定，并且还使用了新的材料和附件. 根据目前的发展趋势，可以相信，热电偶温度传感器在未来的工业测量中将发挥更大的作用.

参考文献:

[1]李振伟，刘泽元，刘畅，朱希，王静. 基于MEMS的新型航天器表面温度测量传感器的设计与实现[J]. 计算机测量与控制，2018，26（06）: 281-284.

[2]丁炯，唐潇，杨随军，叶树良. 基于小型爆燃发生器的温度传感器动态特性标定[J]. 传感技术学报，2018，31（02）: 195-201.

[3]王林宏. Proteus在“传感器与检测技术”教学中的应用-以热电偶传感器为例[J]. 科技信息，2017，15（28）: 143-146.

（作者: 广西壮族自治区计量研究院）

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