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熱電偶的原理、特點及焊接方法

熱電偶是工業上***常用的溫度檢測元件之一。其優點是:
①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。
②測量範圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量,某些特殊熱電偶***低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),***高可達+2800℃(如鎢-錸)。
③構造簡單,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製,外有保護套管,用起來非常方便。
1.熱電偶測溫基本原理
將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路,如圖2-1-1所
示。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在
回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工
作的。
2.熱電偶的種類及結構形成
(1)熱電偶的種類
常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指國家
標準規定了其熱電勢與溫度的關係、允許誤差、並有統一的標準分度表的熱電偶,它
有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用範圍或數量級上均不及標準
化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用於某些特殊場合的測量。
標準化熱電偶我國從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產,並指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。
(2)熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作,對它的結構要求如下:
①組成熱電偶的兩個熱電極的焊接須***牢固;
②兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;
③補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
④保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。
3.熱電偶冷端的溫度補償
由於熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節省熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控製室內,連接到儀表端子上。須***指出,熱電偶補償導線的作用隻起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動到控製室的儀表端子上,它本身並不能消除冷端溫度變化對測溫的影響,不起補償作用。因此,還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。
在使用熱電偶補償導線時須***注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。
熱電偶焊接方法
1、電弧焊
電弧焊接可分為支流焊接和交流焊接兩種。
直流焊接時,熱電偶接電源正極,碳棒(光譜的)接電源負極,用碳棒與熱電極頂端瞬時接觸起弧,待測量端熔成球狀後迅速離開碳棒。這種焊接方法簡單、操作容易、測量端不易玷汙,使用於貴金屬熱電偶的焊接。
交流焊接適用於焊接廉金屬熱電偶。焊接前,應仔細將測量端25-30mm一段的氧化物清除幹淨,然後將兩電極頂端並齊,並絞成麻花狀。焊接時,在熱電極頂端蘸上焊劑,在置於電弧火焰中熔化3-5S,待成球狀後迅速取出,清楚掉焊點上的殘渣即可。這種方法設備簡單、操作容易,但熱電偶焊接點及附近電極滲碳玷汙。
2、氬弧焊接
氬弧焊接裝置由直流焊接電源、高頻振蕩器、焊槍、對焊電源、工夾具等5部分組成。焊接時,利用伸出焊槍噴嘴的鈰-鎢絲作為負極,被焊熱電偶固定在夾具上作為正極。當兩極間通過高頻、高壓時將引燃電弧的作用,采用可控矽調壓,控製電弧強度,在氬氣保護下使鈰-鎢與被焊熱電偶之間產生弧光放電,利用電弧產生的高溫把熱電偶絲的端麵熔化成球狀。為了便於熱電偶與電極對準,工作夾具與焊槍可以在空間水平和垂直方向移動。焊槍內裝有直徑1mm及1.5mm的鈰-鎢電極,供不同直徑的熱電偶焊接使用。
3、氣焊
采用氣焊時,應先將熱電極頂端加熱並蘸上焊劑(如鎳鉻-鎳矽偶的焊劑是四硼酸納和石英砂各一半混合而成),再將熱電極置於乙炔或氫氧火焰中,待熔成球狀後迅速取出,立即放入熱水中洗去焊接點上的殘渣。這種方法操作簡單,應用較廣。適用於廉金屬熱電偶的焊接。
4、碳粉焊接
碳粉焊接裝置類似於電弧焊接,不同的是電源的一極不是接碳棒,而是接盛有碳粉的石墨坩堝,另一極接被焊熱電偶。焊接時,把熱電極插入石墨粉中,幾秒鍾後即可焊好。這種焊接方法較電弧焊方便,但易引起熱電極脆斷。該方法適用於廉金屬熱電偶的焊接。
5、鹽水焊接
在燒杯中裝入氯化納溶液,在水溶液中放入鉑絲作一電極,而熱電極作為另一極。焊接時,將熱電偶頂部與溶液稍接觸,接通電源,待起弧後迅速斷開電源。這種焊接方法適用與焊接直徑較細0.03mm-0.3mm熱電偶。

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