工业炉使用热电偶测温的若干个常见问题

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工业炉使用热电偶测温的若干个常见问题

为了方便电气工程师更好的了解热电偶的一些知识，热电偶工程师收集了热电偶的 15 个常见问题，方便你的使用：

1.热电偶的测量原理是什么？

热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。

热电偶由两根不同导线(热电极)组成，它们的一端是互相焊接的，形成热电偶的测量端(也称工作端)。将它插入待测温度的介质中；而热电偶的另一端 (参比端或自由端)则与显示仪表相连。如果热电偶的测量端与参比端存在温度差，则显示仪表将指出热电偶产生的热电动势。

2. 热电阻的测量原理是什么？

热电阻是利用金属导体或半导体有温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，热电阻的受热部分(感温元件)是用细金属丝均匀地绕在绝缘材料作成的骨架上或通过激光溅射工艺在基片形成。当被测介质有温度梯度时，则所测得的温度是感温元件所在范围内介质层的平均温度。

3. 如何选择热电偶和热电阻？

根据测温范围选择：500℃以上一般选择热电偶，500℃以下一般选择热电阻；

根据测量精度选择：对精度要求较高选择热电阻，对精度要求不高选择热电偶；

根据测量范围选择：热电偶所测量的一般指“点”温，热电阻所测量的一般指空间平均温度；

4. 什么是铠装热电偶，有什么优点？

在IEC1515 的标准中名称为《mineral insulated thermocouple cable》,

即无机矿物绝缘热电电偶缆。将热电极、绝缘物和护套通过整体拉制而形成的，外表面好像是被覆一层“铠装”，故称为铠装热电偶。同一般装配式热电偶相比，具有耐压高、可弯曲性能好、抗氧化性能好及使用寿命长等优点。

5. 热电偶的分度号有哪几种? ? 有何特点？

热电偶的分度号有主要有 S、R、B、N、K、E、J、T 等几种。其中 S、R、B 属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T 属于廉金属热电偶。

S 分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度 1400℃，短期 1600℃。在所有热电偶中，S 分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶；

R 分度号与 S 分度号相比除热电动势大 15%左右，其它性能几乎完全相同；}

B 分度号在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为 1600℃，短期 1800℃。可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用。

N 分度号的特点是 1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替 S分度号热电偶；

K 分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度 1000℃，短期 1200℃。在所有热电偶中使用最广泛；

E 分度号的特点是在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度 0-800℃；

J 分度号的特点是既可用于氧化性气氛(使用温度上限 750℃)，也可用于还原性气氛(使用温度上限 950℃)，并且耐 H2 及 CO 气体腐蚀，多用于炼油及化工；

T 分度号的特点是在所有廉金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量 300℃以下的温度。

6. 热电阻的引出线方式有几种？都有什么影响？

热电阻的引出线方式有 3 种：即 2 线制、3 线制、4 线制。

2 线制热电阻配线简单，但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用制造 A 级精度的热电阻，且在使用时引线及导线都不宜过长。

3 线制可以消除引线电阻的影响，测量精度高于 2 线制。作为过程检测元件，其应用最广。

4 线制不仅可以消除引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，还可以消除该电阻的影响。在高精度测量时，要采用 4 线制。

7.N 型热电偶与  K 型热电偶相比有哪些优缺点？

N 型热电偶的优点：

-高温抗氧化能力强，长期稳定性强。K 型热电偶镍铬的正极中 Cr、Si 元素择优氧化引起合金成分不均匀及热电动势漂移等，在 N 型热电偶增加 Cr、Si 含量，使镍铬合金的氧化模式由内氧化转变为外氧化，致使氧化反应仅在表面进行；

-低温短期热循环稳定性好，且抑制了磁性转变；

-耐核辐射能力强。N 型热电偶取消了 K 型中的易蜕变元素 Mn、Co，使抗中子辐照能力进一步加强；

-在 400~1300℃范围内，N 型热电偶的热电特性的线性比 K 型好。

N 型热电偶的缺点：

-N 型热电偶的材料比 K 型硬，较难加工；

-价格相对较贵。N 型热电偶的热膨胀系数要比不锈钢低 15%，因此 N型铠装热电偶的外套管应采用 NiCrSi/NiSi 合金；-在-200~400℃范围内非线性误差较大。

8. 如何选择合适的热安装套管?

热安装套管的形状主要依据介质的温度、压力、密度和流速及所需插入长度而定。ASME/ANSI PTC19.3 对此作了充分规定，采用套管强度分析软件可计算出套管设计是否符合工艺要求。安装于现场的热套管需计算热套

管的强度，影响护套管的强度主要有以下三点：

1. 流动引起的振动；经过护套管的液体产生一定频率的旋涡，称为涡区频率，该频率流速成正比。如果这个频率和热套管的固有频率接近或一致，就会产生共振，使吸收大量的热能，从而产生很高的应力并有可能损坏热套管和套管内传感器。ASME 技术标准要求：涡区频率和热套管固有频率的比率应小于 0.8。

2. 流动引起的应力；流体流动随着流速和密度而变化，并在热套管施加了力，这个流动引起的压力通过计算可以得出。

3. 过程压力；热套管所能承受的最大静压可以计算得出。"

一般热安装套管的连接方式有螺纹连接式、法兰连接式和焊接式三种。

9.如何选择合适的双金属温度计?

水平安装时，选择轴向或万向型双金属温度计；

垂直安装时，选择径向或万向型双金属温度计；

倾斜安装时，根据实际需要选择轴向、径向或万向型双金属温度计；

如需对测量点设置上下限报警控制时，可选择电接点双金属温度计

10. 双金属温度计有什么优缺点？

双金属温度计的优点在于价格相对低廉、读数直观，缺点为测温范围较小、精度相对不高。通常作为就地测量、显示仪表。

11.温度变送器有何特点？

温度变送器的特点是-静态功耗低、安全可靠、不需维修、使用寿命长。-体积较小，可与热电偶、热电阻融为一体，不仅安装方便，还可节省温变器安装费用。

-传输信号为 4-20mA 标准信号，不但抗干扰能力强，传输距离远，而且可节约价格较贵的补偿导线。

-可提供符合 HART 协议及 FF、PROFBUS 总线通讯协议形式。

12. 压力式温度计测量原理是什么？

依据液体膨胀定律，即一定质量的液体，在体积不变的条件下，液体的压力与温度呈线形。气体、蒸汽的压力与温度也是呈一定的函数关系，

因此压力式温度计的标尺应均匀等分。压力式温度计是由充有感温介质的温包、传压元件(毛细管)及压力敏感元件(弹簧管)组成。

13. 红外线温度计测量原理是什么？

红外线测温计由光学系统，光电探测器，信号放大器及信号处理.显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。

14. 如何选择合适的补偿导线或电缆？

热电偶的补偿导线和电缆主要用于将热电偶的热电动势延长至二次仪表或控制室。主要有延伸型和补偿型两种补偿导线，延伸型采用与热电极相同的材料，所以精度较高；补偿型采用与热电极的热电势特性相势的材料，所以精度没有延伸型高。

15. 热电阻和热电偶的区别

热电偶是一种测温度的传感器，与热电阻一样都是温度传感器，但是他和热电阻的区别主要在于：

一、信号的性质，热电阻本身是电阻，温度的变化，使电阻产生正的或者是负的阻值变化；而热耦，是产生感应电压的变化，他随温度的改变而改变。

二、两种传感器检测的温度范围不一样，热阻一般检测0-150度温度范围，最高测量范围可达600度左右（当然可以检测负温度）.

热耦可检测0-1000度的温度范围（甚至更高）所以，前者是低温检测，后者是高温检测。

三、从材料上分，热阻是一种金属材料，具有温度敏感变化的金属材料，热耦是双金属材料，既两种不同的金属，由于温度的变化，在两个不同金属丝的两端产生电势差。

四、PLC对应的热电阻和热电偶的输入模块也是不一样的，这句话是没问题，但一般PLC都直接接入4～20ma信号，而热电阻和热电偶一般都带有变送器才接入PLC。要是接入DCS的话就不必用变送器了！热电阻是RTD信号，热电欧是TC信号！

五、PLC也有热电阻模块和热电偶模块，可直接输入电阻和电偶信号。

六、热电偶有J、T、N、K、S等型号，有比电阻贵的，也有比电阻便宜的，但是算上补偿导线，综合造价热电偶就高了。

热电阻是电阻信号,热电偶是电压信号

七、热电阻测温原理是根据导体（或半导体）的电阻随温度变化的性质来测量的，测量范围为负00~500度，常用的有铂电阻(Pt100、Pt10)、铜电阻Cu50（负50-150度）。

热电偶测温原理是基于热电效应来测量温度的，常用的有铂铑——铂（分度号S，测量范围0~1300度）、镍铬——镍硅（分度号K，测量范围0~900度）、镍铬——康铜（分度号E，测量范围0~600度）、铂铑30——铂铑6（分度号B，测量范围0~1600度）。

内容来源：工业炉节能技术