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热电偶的原理、特点及焊接方法

热电偶是工业上***常用的温度检测元件之一。其优点是:
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶***低可测到-269℃(如金铁镍铬),***高可达+2800℃(如钨-铼)。
③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
1.热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图2-1-1所
示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在
回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工
作的。
2.热电偶的种类及结构形成
(1)热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家
标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它
有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准
化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
①组成热电偶的两个热电极的焊接须***牢固;
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3.热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。须***指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时须***注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
热电偶焊接方法
1、电弧焊
电弧焊接可分为支流焊接和交流焊接两种。
直流焊接时,热电偶接电源正极,碳棒(光谱的)接电源负极,用碳棒与热电极顶端瞬时接触起弧,待测量端熔成球状后迅速离开碳棒。这种焊接方法简单、操作容易、测量端不易玷污,使用于贵金属热电偶的焊接。
交流焊接适用于焊接廉金属热电偶。焊接前,应仔细将测量端25-30mm一段的氧化物清除干净,然后将两电极顶端并齐,并绞成麻花状。焊接时,在热电极顶端蘸上焊剂,在置于电弧火焰中熔化3-5S,待成球状后迅速取出,清楚掉焊点上的残渣即可。这种方法设备简单、操作容易,但热电偶焊接点及附近电极渗碳玷污。
2、氩弧焊接
氩弧焊接装置由直流焊接电源、高频振荡器、焊枪、对焊电源、工夹具等5部分组成。焊接时,利用伸出焊枪喷嘴的铈-钨丝作为负极,被焊热电偶固定在夹具上作为正极。当两极间通过高频、高压时将引燃电弧的作用,采用可控硅调压,控制电弧强度,在氩气保护下使铈-钨与被焊热电偶之间产生弧光放电,利用电弧产生的高温把热电偶丝的端面熔化成球状。为了便于热电偶与电极对准,工作夹具与焊枪可以在空间水平和垂直方向移动。焊枪内装有直径1mm及1.5mm的铈-钨电极,供不同直径的热电偶焊接使用。
3、气焊
采用气焊时,应先将热电极顶端加热并蘸上焊剂(如镍铬-镍硅偶的焊剂是四硼酸纳和石英砂各一半混合而成),再将热电极置于乙炔或氢氧火焰中,待熔成球状后迅速取出,立即放入热水中洗去焊接点上的残渣。这种方法操作简单,应用较广。适用于廉金属热电偶的焊接。
4、碳粉焊接
碳粉焊接装置类似于电弧焊接,不同的是电源的一极不是接碳棒,而是接盛有碳粉的石墨坩埚,另一极接被焊热电偶。焊接时,把热电极插入石墨粉中,几秒钟后即可焊好。这种焊接方法较电弧焊方便,但易引起热电极脆断。该方法适用于廉金属热电偶的焊接。
5、盐水焊接
在烧杯中装入氯化纳溶液,在水溶液中放入铂丝作一电极,而热电极作为另一极。焊接时,将热电偶顶部与溶液稍接触,接通电源,待起弧后迅速断开电源。这种焊接方法适用与焊接直径较细0.03mm-0.3mm热电偶。

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