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熱電偶材料有哪些?

用于制作熱電偶測(cè)溫元件的材料。主要為金屬材料,也有非金屬材料,如石墨。1821年,塞貝克(T.J.Seebeck)發(fā)現(xiàn):兩種不同導(dǎo)體端點(diǎn)相接,并使兩端結(jié)點(diǎn)處在不同的溫度中,則在兩導(dǎo)體組成的電路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。熱電偶是應(yīng)用這種熱電效應(yīng)原理制成的測(cè)量溫度的元件,熱電偶測(cè)溫裝置示意見圖1。(Pt-10Rh)/ Pt(含銠為10%的鉑合金與鉑組成的熱電偶)熱電偶在1885年Shou先研制成功,1890年前后獲得實(shí)際應(yīng)用。Fe/(Cu-43Ni)熱電偶于1910年開始使用,(Ni-10Cr)/(Ni-3Mn-2Al-1Si) 熱電偶在Di一次世界大戰(zhàn)期間獲得工業(yè)應(yīng)用。


金屬的熱電性同化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。熱電偶材料通常要求化學(xué)成分均勻(包括不同批號(hào)生產(chǎn)的材料之間以及單根絲沿長(zhǎng)度方向的均勻性),使用過(guò)程中性能穩(wěn)定并不受環(huán)境污染,使用溫度范圍較寬,高溫強(qiáng)度良好,容易加工成型,價(jià)格便宜等。 


  廣泛使用的熱電偶有鉑銠/鉑熱電偶,鎳鉻/鎳硅(鋁)熱電偶,鎳鉻/康銅熱電偶,鐵/康銅熱電偶和銅/康銅熱電偶等。這些品種具有優(yōu)異的綜合性能,已被中國(guó)和其他國(guó)家列為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶產(chǎn)品,其電動(dòng)勢(shì)-溫度曲線見圖2。表中列出常用熱電偶中,鎳鉻/康銅熱電偶具有Zui高的熱電勢(shì),0℃時(shí)熱電勢(shì)率為58.5μV/K,400~600℃時(shí),熱電勢(shì)率增到81.0μV/K,耐熱和耐蝕性也較鐵/康銅優(yōu)良,而且價(jià)格低廉,這種材料適宜于在低溫和中溫下使用。某些國(guó)家用它取代鐵/康銅熱電偶和銅/康銅熱電偶,作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。1953年研制成 (Pt-30Rh)/(Pt-6Rh)雙鉑銠熱電偶,60年代把它列為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。這種熱電偶的使用溫度很高,長(zhǎng)期使用溫度上限為1600℃,短時(shí)使用可達(dá)1800℃。與鉑銠/鉑熱電偶比較,穩(wěn)定性改善,強(qiáng)度增加。


除了上述標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,還發(fā)展出特殊條件下使用的非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。鎢錸熱電偶是60年代發(fā)展起來(lái)的一種高溫?zé)犭娕?,有W/(W-26Re),(W-3Re)/(W-25Re),(W-5Re)/(W-26Re)和(W-5Re)/(W-20Re)等。長(zhǎng)期使用溫度為2000~2400℃,短期使用Zui高可達(dá)3000℃。在低溫?zé)犭娕贾校?Au-2.1Co)/Cu熱電偶,在10K以上的熱電勢(shì)率大于10μV/K;金中含有微量(約0.07原子百分比)鐵的合金與鎳鉻合金組成的熱電偶,在液氦溫度(4K)的熱電勢(shì)率大于10μV/K,都是較好的。 (Pt-0.1Mo)/(Pt-5Mo)、(Pt-1Mo)/(Pt-5Mo)以及用鎢和0.5~1 (原子百分比)鋨的合金與鎢和錸的合金組成熱電偶等可在核輻照條件下使用。除金屬材料外,石墨和難熔化合物等非金屬材料也可作為高溫?zé)犭娕?。此類材料的?yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)高,高溫性能穩(wěn)定,熱電勢(shì)和熱電勢(shì)率高等;缺點(diǎn)是材料脆,石墨易于吸潮而改變熱電性,重復(fù)性差,還處于研究發(fā)展之中。這類熱電偶有碳/石墨,石墨/碳化物,碳化物/碳化物等。

 
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