劉魏魏

摘要：鎳鉻硅-鎳硅熱電偶（N型熱電偶）為廉金屬熱電偶，是一種最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，是在70年代初由澳大利亞國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室研制成功的它克服了K型熱電偶的兩個(gè)重要缺點(diǎn)：K型熱電偶在300～500℃間由于鎳鉻合金的晶格短程有序而引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定;在800℃左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定。正極（NP）的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr：Si=84.4：14.2：1.4，負(fù)極（NN）的名義化學(xué)成分為：Ni：Si：Mg=95.5：4.4：0.1，其使用溫度為-200～1300℃。N型熱電偶是為了提高K型熱電偶性能而研制出的一種綜合性能更好、更穩(wěn)定的熱電偶，因此，本文進(jìn)行了巡檢儀在K型模式下讀取N型熱電偶的結(jié)果處理。

關(guān)鍵詞：N型熱電偶;K型熱電偶;巡檢儀;結(jié)果處理

1熱電極合金的成份與性能

1.1熱電極的化學(xué)成份

N型熱電偶的正極與K型熱電偶的正極一樣都是一種Ni/Cr/Si合金，但N型偶正極（NP）銘及硅的含量較K型偶的正極（KP）有所增加。就因?yàn)殂懞康膲埣?，消除了K型偶在400。C，600。C范圍內(nèi)的時(shí)效影響因?yàn)镃r量為14%～16%的NiCr合金，其室溫電阻變化最小，在該成份范圍內(nèi)的短程有序轉(zhuǎn)變及自旋現(xiàn)象較小Cr含量對(duì)NiCr合金熱電勢(shì)穩(wěn)定性的影響，而増加硅的含量是為了改善高溫抗氧化能力，使鑲銘合金的氧化模式由內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橥庋趸?，至使氧化反?yīng)僅在表面進(jìn)行叫Si含量對(duì)NiCr合金熱電勢(shì)的影響見(jiàn)。

1.2.物理性能和機(jī)械性能

由于良好的物理性能將使熱電偶保持長(zhǎng)期的電勢(shì)穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性。良好的機(jī)械性能將使熱電偶便于冷加工。K型熱電偶與N型熱電偶的電阻比與溫度的比例關(guān)系.從表中我們看到：N型熱電偶配對(duì)合金（NP-NN）的電阻比隨溫度的升高變化明顯比K型熱電偶配對(duì)合金（KP-KN）小，使N型熱電偶在磁性方面的影響較K型小得多回。這也是為什么N型電偶比K型熱電偶更穩(wěn)定，較似于線性的函數(shù)關(guān)系更好的原因。從而在運(yùn)行中采取了巡檢儀在K型模式下讀取N型熱電偶的處理。

2測(cè)試原理

巡檢儀熱電偶是一種使用最多的溫度傳感器，K型模式下讀取N型熱電偶的原理是基于塞貝克效應(yīng)，即兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A或B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接，只要兩節(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T，另一端溫度為T0，則回路中就有電流產(chǎn)生，見(jiàn)圖1（a），即回路中存在電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)被稱為熱電勢(shì)。

兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合被稱為熱電偶。

當(dāng)回路斷開(kāi)時(shí)，在斷開(kāi)處a，b之間便有一電動(dòng)勢(shì)ET，其極性和量值與回路中的熱電勢(shì)一致，見(jiàn)圖1（b），并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由A流向B時(shí)，稱A為正極，B為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)ET較小時(shí)，熱電勢(shì)ET與溫度差（T-T0）成正比，即：

ET=SAB（T-T0）（1）

SAB為塞貝克系數(shù)，又稱為熱電勢(shì)率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號(hào)和大小取決于熱電極材料的相對(duì)特性。

熱電偶的基本定律：

（1）均質(zhì)導(dǎo)體定律

由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長(zhǎng)度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。

（2）中間導(dǎo)體定律

用K型模式和N型熱電偶組成熱電偶測(cè)量時(shí)，在測(cè)溫回路中必須通過(guò)連接導(dǎo)線接入儀表測(cè)量溫差電勢(shì)EAB（T，T0），而這些導(dǎo)體材料和K型模式和N型熱電偶的材料往往并不相同。在這種引入了中間導(dǎo)體的情況下，回路中的溫差電勢(shì)是否發(fā)生變化呢？熱電偶中間導(dǎo)體定律指出：在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體C兩端溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體C對(duì)熱電偶回路總熱電勢(shì)EAB（T，T0）沒(méi)有影響。

（3）中間溫度定律

熱電偶的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度為T1，T2時(shí)，熱電勢(shì)為EAB（T1，T2）;兩結(jié)點(diǎn)溫度為T2，T3時(shí)，熱電勢(shì)為EAB（T2，T3），那么當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)溫度為T1，T3時(shí)的熱電勢(shì)則為

EAB（T1，T2）+EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3）（2）

式（2）就是中間溫度定律的表達(dá)式。譬如：T1=100℃，T2=40℃，T3=0℃，則

EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0）（3）

3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作步驟

3.1選擇智能調(diào)節(jié)儀“控制對(duì)象”為溫度，并將溫度設(shè)定值設(shè)定在1200C，在溫度源內(nèi)插入測(cè)溫Pt，并接入智能調(diào)節(jié)儀，在另一個(gè)溫度傳感器插孔中插入K型熱電偶溫度傳感器進(jìn)行測(cè)試N型熱電偶。

3.2將±15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K中。溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出Uo2接實(shí)驗(yàn)臺(tái)直流電壓表。

3.3將溫度傳感器模塊上差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)Rw3到最大位置，再調(diào)節(jié)電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。4.拿掉短路線再接線，并將K型熱電偶的兩根引線，熱端（紅色）接a，冷端（綠色）接b;記下模塊輸出Uo2的電壓值。

4實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1.根據(jù)數(shù)據(jù)，作出UO2-T曲線，分析K型熱電偶的溫度特性曲線，計(jì)算其非線性誤差。

2.根據(jù)中間溫度定律和E型熱電偶分度表，用平均值計(jì)算出差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)A。

參考文獻(xiàn)

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