K型熱電偶

K型熱電偶作為一種温度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調節器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產中從0℃到1300℃範圍的液體蒸汽和氣體介質以及固體的表面温度。

K型熱電偶是目前用量最大的廉價金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2mm～4.0mm。

正極（KP）的名義化學成分為：Ni：Cr=90:10，負極（KN）的名義化學成分為：Ni:Si=97：3，其使用温度為-200℃~1300℃。

K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優點，能用於氧化性惰性氣氛中廣泛為用户所採用。

K型熱電偶不能直接在高温下用於硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用於弱氧化氣氛。

熱電偶測温必須由熱電偶、連接導線及顯示儀表三部分組成。圖1是最簡單的熱電偶測温示意圖。按圖1組成的熱電偶蕊及測温電偶絲1 ，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的温度不同，則在該熱電偶迴路中就會產生熱電勢，這種物理現象就稱為熱電現象(即熱電效應)。在熱電偶迴路中產生的電勢由温差電勢和接觸電勢兩部分組成。接觸電勢：它是兩種電子密度不同的導體相互接觸時產生的一種熱電勢。當兩種不同的導體A和B相接觸時，假設導體A和B的電子密度分別為Na和Nb並且Na>Nb，則在兩導體的接觸面上，電子在兩個方向的擴散率就不相同，由導體A擴散到導體B的電子數比從B擴散到A的電子數要多。導體A失去電子而顯正電，導體B獲得電子而顯負電。因此，在A、B兩導體的接觸面上便形成一個由A到B的靜電場，這個電場將阻礙擴散運動的繼續進行，同時加速電子向相反方向運動，使從B到A的電子數增多，最後達到動態平衡狀態。此時A、B之間也形成一電位差，這個電位差稱為接觸電勢。此電勢只與兩種導體的性質相接觸點的温度有關，當兩種導體的材料一定，接觸電勢僅與其接點温度有關。温度越高，導體中的電子就越活躍，由A導體擴散到B導體的電子就越多，接觸面處所產生的電動勢就越大，即接觸電勢越大。

檢出(測温)元件熱電偶是工業上最常用的温度檢測元件之一。必須配二次儀表，其優點是：

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。

②測量範圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。

③構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。

2根據温度測量範圍及精度，選用相應分度號的熱電偶

使用温度在1300~1800℃，要求精度又比較高時，一般選用B型熱電偶；要求精度不高，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高於1800℃一般選用鎢錸熱電偶；使用温度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶；在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶，低於400℃一般用E型熱電偶；250℃下以及負温測量一般用T型電偶，在低温時T型熱電偶穩定而且精度高。

測量範圍及允許誤差範圍

注：t為感温元件實測温度值（℃）電場強度越高，因而接觸電勢也就越大。這樣將1產生的温差熱電勢通過連接導線2在顯示儀表3中顯示出來。

熱電偶公稱壓力：一般是指在工作温度下保護管所能承受的靜態外壓而破裂。

熱電偶 最小插入深度：應不小於其保護套管外徑的8－10倍（特列產品例外）

絕緣電阻：當周圍空氣温度為15－35℃，相對濕度<80%時絕緣電阻≥5兆歐（電壓100V）。具有防濺式接線盒的熱電偶，當相對温度為93± 3℃ 時，絕緣電阻≥0.5兆歐（電壓100V）

高温下的絕緣電阻：K型熱電偶在高温下，其熱電極（包括雙支式）與保護管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻（按每米計）應大於下表規定的值。

温度單位：℃ 電壓單位：mV) 參考温度點：0℃(冰點)

K型熱電偶選型資料

ITS-90國際温度標準(JIS C 1602-1995,ASTM E230-1996,IEC 584-1-1995)

熱電偶安裝注意點

(1)熱電偶應儘量垂直裝在水平或垂直管道上，安裝時應有保護套管，以方便檢修和更換。

(2)熱電偶的冷端應處在同一環境温度下，應使用同型號的補償導線，且正負要接對。

(3)測量管道內温度時，元件長度應在管道中心線上(即保護管插入深度應為管徑的一半)。

(4)温度動圈表安裝時，開孔尺寸要合適，安裝要美觀大方。

(5)高温區使用耐高温電纜或耐高温補償線。

(6)要根據不同的温度選擇不同的測量元件。一般測量温度大於100℃時，應選擇熱電偶，小於100℃時選擇熱電阻。

(7)接線要合理美觀，錶針指示要正確。

測量K型熱電偶的熱響應時間實際上是比較複雜的，不同的試驗條件會產生不同的測量結果，這是由於受周圍介質的換熱率影響，換熱率高，則熱響應時間就短。

為了使熱電偶的熱響應時間具有可比性，國家標準規定：熱響應時間應在專用水流試驗裝置上進行。該裝置的水流速度應保持0.4±0.05m/s，初始温度在5-45℃的範圍內，温度階 躍值為40-50℃。在試驗過程中，水的温度變化應不大於温度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設計的置入深度。

由於熱電偶在室温附近熱電勢很小，熱響應時間不容易測出，因此國家標準規定可採用同規格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然後進行試驗。

試驗時應記錄熱電偶的輸出變化至相當於温度階躍變化50%的時間T0.5，必要時可記錄變化10%的熱響應時間T0.1和變化90%的熱響應時間T0.9。所記錄的熱響應時間，應是同一試驗 至少三次測試結果的平均值，每次測量結果對於平均值的偏離應在±10%以內。此外，形成温度階躍變化所需的時間不應超過被測試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響 應時間不應超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。

熱電偶絲由同一種均質材料（導體或半導體）兩端焊接組成閉合迴路，無論導體截面如何以及温度如何分佈，將不產生接觸電勢，温差電勢相抵消，迴路中總電勢為零。

可見，熱電偶必須由兩種不同的均質導體或半導體構成。若熱電極材料不均勻，由於温度梯存在，將會產生附加熱電勢。

在熱電偶迴路中接入中間導體（第三導體），只要中間導體兩端温度相同，中間導體的引入對熱電偶迴路總電勢沒有影響，這就是中間導體定律。

應用：依據中間導體定律，在熱電偶實際測温應用中，常採用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經連接導線與顯示儀表連接構成測温系統。

有人擔心用銅導線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導線與熱電偶連接處產生的接觸電勢會使測量產生附加誤差。根據這個定律，是沒有這個誤差的！

熱電偶迴路兩接點（温度為T、T0）間的熱電勢，等於熱電偶在温度為T、Tn時的熱電勢與在温度為Tn、T0時的熱電勢的代數和。Tn稱中間温度。

應用：由於熱電偶E-T之間通常呈非線性關係，當冷端温度不為0攝氏度時，不能利用已知迴路實際熱電勢E（t，t0）直接查表求取熱端温度值；也不能利用已知迴路實際熱電勢E（t，t0)直接查表求取的温度值，再加上冷端温度確定熱端被測温度值，需按中間温度定律進行修正。初學者經常不按中間温度定律來修正！

這個定律是專業人士才研究、關注的，一般生產、使用環節的人士不太瞭解，簡單説明就是：用高純度鉑絲做標準電極，假設鎳鉻-鎳鉻熱電偶的正負極分別和標準電極配對，他們的值相加是等於這支鎳鉻-鎳鉻的值。