概述
K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。
K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。
K型熱電偶是目前用量zui大的廉金屬熱電偶，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(xué)成分為：Ni：Cr=90:10，負(fù)極（KN）的名義化學(xué)成分為：Ni:Si=97：3，其使用溫度為-200℃~1300℃。
K型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。
K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛。
測(cè)溫原理
熱電偶測(cè)溫必須由熱電偶、連接導(dǎo)線及顯示儀表三部分組成。下圖是的熱電偶測(cè)溫示意圖。
按右圖組成的熱電偶蕊及測(cè)溫電偶絲1 ，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象(即熱電效應(yīng))。在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢(shì)由溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)兩部分組成。接觸電勢(shì)：它是兩種電子密度不同的導(dǎo)體相互接觸時(shí)產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B相接觸時(shí)，假設(shè)導(dǎo)體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且Na>Nb，則在兩導(dǎo)體的接觸面上，電子在兩個(gè)方向的擴(kuò)散率就不相同，由導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)比從B擴(kuò)散到A的電子數(shù)要多。導(dǎo)體A失去電子而顯正電，導(dǎo)體B獲得電子而顯負(fù)電。因此，在A、B兩導(dǎo)體的接觸面上便形成一個(gè)由A到B的靜電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)將阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，同時(shí)加速電子向相反方向運(yùn)動(dòng)，使從B到A的電子數(shù)增多，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。此時(shí)A、B之間也形成一電位差，這個(gè)電位差稱為接觸電勢(shì)。此電勢(shì)只與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)相接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，當(dāng)兩種導(dǎo)體的材料一定，接觸電勢(shì)僅與其接點(diǎn)溫度有關(guān)。溫度越高，導(dǎo)體中的電子就越活躍，由A導(dǎo)體擴(kuò)散到B導(dǎo)體的電子就越多，接觸面處所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大，即接觸電勢(shì)越大。
特點(diǎn)
簡(jiǎn)介
檢出(測(cè)溫)元件熱電偶是工業(yè)上的溫度檢測(cè)元件之一。必須配二次儀表，其優(yōu)點(diǎn)是：
①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。
③構(gòu)造簡(jiǎn)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(hù)套管，用起來非常方便。
2根據(jù)溫度測(cè)量范圍及精度，選用相應(yīng)分度號(hào)的熱電偶
使用溫度在1300~1800℃，要求精度又比較高時(shí)，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，高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶；使用溫度在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，低于400℃一般用E型熱電偶；250℃下以及負(fù)溫測(cè)量一般用T型電偶，在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。
分度表
溫度單位：℃ 電壓?jiǎn)挝唬簃V) 參考溫度點(diǎn)：0℃(冰點(diǎn))
| 溫度 | 0 | -10 | -20 | -30 | -40 | -50 | -60 | -70 | -80 | -90 | -95 | -100 |
| -200 | -5.8914 | -6.0346 | -6.1584 | -6.2618 | -6.3438 | -6.4036 | -6.4411 | -6.4577 | ||||
| -100 | -3.5536 | -3.8523 | -4.1382 | -4.4106 | -4.669 | -4.9127 | -5.1412 | -5.354 | -5.5503 | -5.7297 | -5.8128 | -5.8914 |
| 0 | 0 | -0.3919 | -0.7775 | -1.1561 | -1.5269 | -1.8894 | -2.2428 | -2.5866 | -2.9201 | -3.2427 | -3.3996 | -3.5536 |
| 溫度 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 95 | 100 |
| 0 | 0 | 0.3969 | 0.7981 | 1.2033 | 1.6118 | 2.0231 | 2.4365 | 2.8512 | 3.2666 | 3.6819 | 3.8892 | 4.0962 |
| 100 | 4.0962 | 4.5091 | 4.9199 | 5.3284 | 5.7345 | 6.1383 | 6.5402 | 6.9406 | 7.34 | 7.7391 | 7.9387 | 8.1385 |
| 200 | 8.1385 | 8.5386 | 8.9399 | 9.3427 | 9.7472 | 10.1534 | 10.5613 | 10.9709 | 11.3821 | 11.7947 | 12.0015 | 12.2086 |
| 300 | 12.2086 | 12.6236 | 13.0396 | 13.4566 | 13.8745 | 14.2931 | 14.7126 | 15.1327 | 15.5536 | 15.975 | 16.186 | 16.3971 |
| 400 | 16.3971 | 16.8198 | 17.2431 | 17.6669 | 18.0911 | 18.5158 | 18.9409 | 19.3663 | 19.7921 | 20.2181 | 20.4312 | 20.6443 |
| 500 | 20.6443 | 21.0706 | 21.4971 | 21.9236 | 22.35 | 22.7764 | 23.2027 | 23.6288 | 24.0547 | 24.4802 | 24.6929 | 24.9055 |
| 600 | 24.9055 | 25.3303 | 25.7547 | 26.1786 | 26.602 | 27.0249 | 27.4471 | 27.8686 | 28.2895 | 28.7096 | 28.9194 | 29.129 |
| 700 | 29.129 | 29.5476 | 29.9653 | 30.3822 | 30.7983 | 31.2135 | 31.6277 | 32.041 | 32.4534 | 32.8649 | 33.0703 | 33.2754 |
| 800 | 33.2754 | 33.6849 | 34.0934 | 34.501 | 34.9075 | 35.3131 | 35.7177 | 36.1212 | 36.5238 | 36.9254 | 37.1258 | 37.3259 |
| 900 | 37.3259 | 37.7255 | 38.124 | 38.5215 | 38.918 | 39.3135 | 39.708 | 40.1015 | 40.4939 | 40.8853 | 41.0806 | 41.2756 |
| 1000 | 41.2756 | 41.6649 | 42.0531 | 42.4403 | 42.8263 | 43.2112 | 43.5951 | 43.9777 | 44.3593 | 44.7396 | 44.9293 | 45.1187 |
| 1100 | 45.1187 | 45.4966 | 45.8733 | 46.2487 | 46.6227 | 46.9955 | 47.3668 | 47.7368 | 48.1054 | 48.4726 | 48.6556 | 48.8382 |
| 1200 | 48.8382 | 49.2024 | 49.5651 | 49.9263 | 50.2858 | 50.6439 | 51.0003 | 51.3552 | 51.7085 | 52.0602 | 52.2354 | 52.4103 |
| 1300 | 52.4103 | 52.7588 | 53.1058 | 53.4512 | 53.7952 | 54.1377 | 54.4788 | 54.8186 | |
K型熱電偶選型資料
| W | R | 規(guī)格 | 內(nèi)容 | ||||
| N | 鎳鉻-鎳硅 K | ||||||
| K | 鎳鉻-銅鎳 （鎳鉻-康銅）E | ||||||
| 1 | 無固定式裝置式 | ||||||
| 2 | 固定螺紋式 | ||||||
| - | 3 | 活動(dòng)式法蘭 | |||||
| 4 | 固定法蘭式 | ||||||
| 5 | 活動(dòng)法蘭角尺形式 | ||||||
| 6 | 固定螺紋錐形保護(hù)管式 | ||||||
| 2 | 防濺式 | ||||||
| 3 | 防水式 | ||||||
| 4 | 隔爆式 | ||||||
| 0 | ?16mm保護(hù)管 | ||||||
| 1 | ?25mm保護(hù)管（雙層套管） | ||||||
| 安裝固定形式 | 接線盒形式 | 2 | ?16mm高鋁質(zhì)管（單層套管） | ||||
| 3 | ?20mm高鋁質(zhì)管 | ||||||
| 設(shè)計(jì)序號(hào) | |||||||
| W | R | □ | - | □ | □ | □ |
ITS-90國(guó)際溫度標(biāo)準(zhǔn)(JIS C 1602-1995,ASTM E230-1996,IEC 584-1-1995)
熱電偶安裝注意點(diǎn)
(1)熱電偶應(yīng)盡量垂直裝在水平或垂直管道上，安裝時(shí)應(yīng)有保護(hù)套管，以方便檢修和更換。
(2)熱電偶的冷端應(yīng)處在同一環(huán)境溫度下，應(yīng)使用同型號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線，且正負(fù)要接對(duì)。
(3)測(cè)量管道內(nèi)溫度時(shí)，元件長(zhǎng)度應(yīng)在管道中心線上(即保護(hù)管插入深度應(yīng)為管徑的一半)。
(4)溫度動(dòng)圈表安裝時(shí)，開孔尺寸要合適，安裝要美觀大方。
(5)高溫區(qū)使用耐高溫電纜或耐高溫補(bǔ)償線。
(6)要根據(jù)不同的溫度選擇不同的測(cè)量元件。一般測(cè)量溫度大于100℃時(shí)，應(yīng)選擇熱電偶，小于100℃時(shí)選擇熱電阻。
(7)接線要合理美觀，表針指示要正確。
K型熱電偶熱響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量
測(cè)量K型熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間實(shí)際上是比較復(fù)雜的，不同的試驗(yàn)條件會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)量結(jié)果，這是由于受周圍介質(zhì)的換熱率影響，換熱率高，則熱響應(yīng)時(shí)間就短。
為了使熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間具有可比性，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：熱響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在專用水流試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。該裝置的水流速度應(yīng)保持0.4±0.05m/s，初始溫度在5-45℃的范圍內(nèi)，溫度階 躍值為40-50℃。在試驗(yàn)過程中，水的溫度變化應(yīng)不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設(shè)計(jì)的置入深度。
由于熱電偶在室溫附近熱電勢(shì)很小，熱響應(yīng)時(shí)間不容易測(cè)出，因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用同規(guī)格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然后進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)時(shí)應(yīng)記錄熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于溫度階躍變化50%的時(shí)間T0.5，必要時(shí)可記錄變化10%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.1和變化90%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.9。所記錄的熱響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)是同一試驗(yàn) 至少三次測(cè)試結(jié)果的平均值，每次測(cè)量結(jié)果對(duì)于平均值的偏離應(yīng)在±10%以內(nèi)。此外，形成溫度階躍變化所需的時(shí)間不應(yīng)超過被測(cè)試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響 應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。
四大定律
1，均質(zhì)導(dǎo)體定律
熱電偶絲由同一種均質(zhì)材料（導(dǎo)體或半導(dǎo)體）兩端焊接組成閉合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)相抵消，回路中總電勢(shì)為零。
可見，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會(huì)產(chǎn)生附加熱電勢(shì)。
2，中間導(dǎo)體定律
在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒有影響，這就是中間導(dǎo)體定律。
應(yīng)用：依據(jù)中間導(dǎo)體定律，在熱電偶實(shí)際測(cè)溫應(yīng)用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經(jīng)連接導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)。
有人擔(dān)心用銅導(dǎo)線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導(dǎo)線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢(shì)會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個(gè)定律，是沒有這個(gè)誤差的！
3，中間溫度定律
熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為T、T0）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為T、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。
應(yīng)用：由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系，當(dāng)冷端溫度不為0攝氏度時(shí)，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t，t0)直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t，t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測(cè)溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。初學(xué)者經(jīng)常不按中間溫度定律來修正！
4，參考電極定律
這個(gè)定律是專業(yè)人士才研究、關(guān)注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡(jiǎn)單說明就是：用高純度鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極，假設(shè)鎳鉻-鎳鉻熱電偶的正負(fù)極分別和標(biāo)準(zhǔn)電極配對(duì)，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳鉻的值。
