热电偶的结构和种类详解

热电偶在工业生产中用于温度的测量与控制。根据热电偶的用途、安装位置和方式的不同，热电偶具有多种结构形式，但其基本组成大致相同。

1.普通型热电偶（工业装配式热电偶）

普通型热电偶一般由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等几部分组成。其中，热电极、绝缘套管和接线座组成热电偶的感温元件，如图7-6所示。这几部分一般制成通用性部件，可以装在不同的保护管和接线盒中。接线座为热电偶感温元件和热电偶接线盒的连接件，感温元件固定在接线盒上，其材料一般使用耐火陶瓷。

1）热电极。测温敏感元件，是热电偶温度传感器的核心部分，其测量端一般采用焊接方式构成。贵金属热电极直径一般为0.35～0.65mm，普通金属热电极直径一般为0.5～3.2mm，热电极的长短由安装条件决定，一般为250～300mm。

2）绝缘套管。用于防止两根热电极短路，通常采用陶瓷、石英等材料。

3）保护管。套在热电极（含绝缘套管）之外，防止热电偶被腐蚀，避免火焰和气流直接冲击，提高热电偶强度。

4）接线盒。用来固定接线座和连接外接导线，保护热电极免受外界环境侵蚀，保证外接导线与接线柱良好接触。接线盒一般由铝合金制成，出线孔和盖子都用垫圈加以密封，以防止污物落入而影响接线的可靠性。根据被测介质温度和现场环境条件的要求，接线盒有普通型、防溅型、防水型、防爆型等不同形式。

接线盒与热电极、保护管装配成热电偶产品，即形成相应类型的热电偶温度传感器，如图7-7所示。

图7-6 热电偶的感温元件

1—接线柱 2—接线座 3—绝缘套管 4—热电极

图7-7 热电偶结构示意图

1—测量端 2—热电极 3—绝缘套管 4—保护管 5—接线盒

普通型热电偶部分产品外形图如图7-8所示。

2.铠装式热电偶（缆式热电偶）

铠装式热电偶是将热电极、绝缘材料连同保护管一起拉制成形，经焊接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体，其断面结构如图7-9所示。套管可长达100m，管外径最细能达0.25mm，分为单支式（双芯）、双支式（四芯）和三支式（六芯）几种。铠装式热电偶已实现标准化、系列化。铠装式热电偶体积小、热容量小，动态响应快；有良好的柔性，便于弯曲；强度高，抗震性能好，因此被广泛用于工业生产过程，特别是高压装置和狭窄管道温度的测量。

图7-8 几种实际热电偶外形图

图7-9 铠装式热电偶断面结构

a）双芯结构 b）单芯结构

1—内电极 2—绝缘材料 3—套管

根据测量端的不同，铠装式热电偶有几种形式，如图7-10所示。

1）碰底型：热电偶测量端和管套焊在一起，其动态响应比露头型慢，但比不碰底型快。(www.xing528.com)

2）不碰底型：测量端焊接并密封在套管内，热电极与套管之间绝缘，是最常用的形式。

3）露头型：测量端暴露在套管外面，动态响应好，但仅在干燥、非腐蚀性介质中使用。

4）帽型：把露头型的测量端套上一个用套管材料做成的保护管，用银焊密封起来。

图7-10 铠装式热电偶测量端的形式

a）碰底型 b）不碰底型 c）露头型 d）帽型

3.薄膜热电偶

薄膜热电偶是由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构的热电偶，如图7-11所示。它的测量端既小又薄，热容量很小，动态响应快，可用于微小面积上测量温度，以及测量快速变化的表面温度。

测量时薄膜热电偶用黏结剂紧贴在被测表面，热损失很小，测量精度高。但由于受黏结剂及衬垫材料限制，测量温度范围一般限于-200～300℃。

图7-11 薄膜热电偶结构示意图

4.表面热电偶

表面热电偶主要用于测量各种固体表面（如金属块、炉壁、涡轮叶片等）的温度。

5.浸入式热电偶（消耗型热电偶或快速热电偶）

浸入式热电偶主要用于测量钢水、铝水以及其他熔融金属的温度。

6.热电偶的选择和安装使用

热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法要正确。图7-12所示是安装在管道上常用的两种方法。在工业生产中，热电偶常与毫伏计联用（XCZ型动圈式仪表）或与电子电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。另外，也可通过与温度变送器经放大后再接指示仪表，或作为控制用的信号。

7.热电偶的定期校验

校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同一校验炉中进行对比，误差超过规定允许值为不合格。图7-13所示为热电偶校验装置示意图。

图7-12 热电偶安装图

图7-13 热电偶校验装置示意图

1—调压变压器 2—管式电炉 3—标准热电偶 4—被校热电偶 5—冰瓶 6—切换开关 7—测试仪 8—试管