工業熱電偶

工業熱電偶由一對或多對熱電極與絕緣物組成的組件，用來防止熱電極之間和（或）熱電極與保護管之間短路的零件或材料，保護熱電極組件免受環境有害影響的管狀物，若與所配用的熱電偶正確連線，就把熱電偶的參比端移至這對導線的輸出端。 在溫度出現階躍變化時，熱電偶的輸出變化至相當於該階躍變化的某個規定百分數所需的時間，通常以τ表示。

基本介紹

• 中文名：工業熱電偶
• 物質：管狀物
• 內容：一對或多對熱電極與絕緣物組成
• 表示：通常用τ表示

行業標準

中華人民共和國專業標準 UDC 工業熱電偶技術條件 ZB N11 002—87 Specification for industrial thermocouple assemblies 代替 ZBY 026—81 本標準適用於分度表符合ZBY300—85《工業熱電偶分度表及允差》的可拆卸的工業熱電偶。 對於其他形式的工業熱電偶，可以參照採用本標準的部分或全部條款。

國際溫標

國際實用溫標。

攝氏溫標（℃）規定：在標準大氣壓下，凍的熔點為0度，水的沸點為100度，中間劃分100等份，每等分為攝氏1度，符號為℃。

華氏溫標（℉）規定：在標準大氣壓下，凍的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等份每等份為華氏1度符號為℉。

熱力學溫標（符號T）又稱開爾文溫標（符號K），或絕對溫標，它規定分子運動停止時的溫度為絕對零度。

國際實用溫標是一個國際協定性溫標，它與熱力學溫標相接近，而且復現精度高，使用方便。國際通用的溫標是1975年第15屆國際權度大會通過的《1968年國際實用溫標-1975年修訂版》，記為：IPTS-68（REV-75）。但由於IPTS-68溫度存在一定的不捉，國際計量委員會在18屆國際計量大會第七號決議授權予1989年會議通過1990年國際ITS-90，ITS-90溫標替代IPS-68。我國自1994年1月1日起全面實施ITS-90國際溫標。

工業熱電偶

術語及定義

ZBY 300規定的術語及定義和以下術語及定義適用於本標準。

1.1 可拆卸的工業熱電偶（industrial thermocoule assembly） 熱電極組件可以從保護管中取出的工業熱電偶（以下簡稱“熱電偶”）。1.1.1 熱電極組件（thermocoule element） 由一對或多對熱電極與絕緣物組成的組件。

工業熱電偶

1.1.2 絕緣物（insulation material） 用來防止熱電極之間和（或）熱電極與保護管之間短路的零件或材料。

1.1.3 保護管（protective tube） 用來保護熱電極組件免受環境有害影響的管狀物。

1.2 補償導線（extension or compensating cables） 一對與熱電偶配用的導線。若與所配用的熱電偶正確連線，就把熱電偶的參比端移至這對導線的輸出端。

1.3 檢驗溫度點（temperature points for verification） 為了檢驗熱電偶是否符合允差要求而選擇的試驗溫度。

1.4 極限溫度（limiting temperature） 熱電偶的最高適用溫度和最低適用溫度。其中最高適用溫度稱為上限溫度，最低適用溫度稱為下限溫度。

1.5 絕緣電阻（insulation resistance） 對於具有一對熱電極的熱電偶，指熱電極與保護管之間的電阻值；對於具有多對熱電極的熱電偶，還指各對熱電極之間的電阻值。

1.6 熱回響時間（thermal response time） 在溫度出現階躍變化時，熱電偶的輸出變化至相當於該階躍變化的某個規定百分數所需的時間，通常以τ表示。

技術要求

2.1 裝配質量和外觀熱電偶的裝配質量和外觀應符合下列要求： a. 熱電極測量端的焊接應光滑、牢固、無氣孔和夾灰等缺陷，無殘留助焊劑等污物； b. 各部分的裝配正確，連線可靠，零件無損、缺； c. 無斷路、短路； d. 保護管內無殘留污物及金屬廢屑； e. 在恰當部位正確地標明極性； f. 外表塗層均勻、牢固； 國家機械工業委員會批准 1998-01-01實施 g. 無顯著鏽蝕和凹痕、劃痕。

2.2 允差 熱電偶的允差應符合ZBY 300的規定。 註：① 允差等級為Ⅰ級的S型和T型熱電偶，其熱電極參比端溫度為0℃。 ② 對於帶有不可拆卸的補償導線的熱電偶，其熱電極一補償導線組件應符合本條規定。

2.3 絕緣電阻

2.3.1 常溫絕緣電阻 熱電偶的常溫絕緣電阻應符合以下規定： a. 對於長度超過1m的熱電偶，它的常溫絕緣電阻值與其長度的乘積應不小100MΩ·m即 Rr·L≥100MΩ·m L>1m （1） 式中：Rr ——熱電偶的常溫絕緣電阻值，MΩ； L ——熱電偶的長度，m。 b. 對於長度等於不足1m的熱電偶，它的常溫絕緣電阻值應不小於100MΩ。

2.3.2 上限溫度絕緣電阻 熱電偶的上限溫度絕緣電阻值應不小於表1規定。

表1 上限溫度tm，℃ 試驗溫度t，℃ 電阻值，MΩ 100≤tm<300 300≤tm<500 500≤tm<850 850≤tm<1000 1000≤tm<1300 tm≥1300 t = tm t = tm t = tm t = tm t = tm t = 1300 10 2 0.5 0.08 0.02 0.02

2.4 熱電動熱穩定性 熱電偶（允差等級為Ⅲ級的T、E、K型除外）應置於製造廠規定的上限溫度維持250小時，試驗前後最高檢驗溫度點熱電動勢的變化量（換算成溫度的變化量）應不超過表2規定。

表2 允差等級 熱電偶代號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ S 1℃或[1+（tmax-1100）×0.003] ℃ 1.5℃或0.25% tmax — B — 1.5℃或0.25% tmax 4℃或0.5%tmax T 0.5℃或0.4% tmax 1℃或0.75% tmax — J．E．K 1.5℃或0.4% tmax 2.5℃或0.75% tmax — 註：tmax——最高檢驗溫度點，℃在同欄給出的兩個允許值中取其中較大值。

2.5 運輸基本環境條件 熱電偶應能經受ZBY 002-81《儀器儀表運輸、運輸貯存基本環境條件及試驗方法》規定的連續衝擊和自由跌落試驗。

2.6 熱回響時間 熱電偶的熱回響時間應符合製造廠在使用說明書中提供的數值。

試驗方法

3.1 裝配質量和外觀 裝配質量和外觀的檢查用目視和適當的儀表、設備進行。

3.2 允差

3.2.1 檢驗溫度點 應按表3規定選取檢驗溫度點，必要時可以補充其他合適的檢驗溫度點。 表3 熱電偶類型 代號 允差等級 檢驗溫度點 鉑銠10%—鉑 S Ⅰ 419.58℃、630.755℃、1084.88℃ Ⅱ 630.755℃、1084.88℃ 鉑銠30%—鉑銠6% B Ⅱ 630.755℃、1084.88℃、120℃、1400℃、1600℃ Ⅲ 630.755℃、1200℃ 鐵—銅鎳（康銅） J Ⅰ、Ⅱ 在適用溫度範圍內每二百攝氏度（含上限溫度） 銅—銅鎳（康銅） T Ⅰ、Ⅱ 在適用溫度範圍內每一百攝氏度（含上限溫度） Ⅲ -195.806℃、-78.476℃ 鎳鉻—銅鎳（康銅） 鎳鉻—鎳矽 E K Ⅰ 在適用溫度範圍內每二百攝氏度（含上限溫度） Ⅱ 在適用溫度範圍內每三百攝氏度（含上限溫度） Ⅲ -195.806℃、-78.476℃ 註：① 實際的檢驗溫度值允許偏離範圍為±10℃； ② 檢驗溫度應在熱電偶的適用溫度範圍內。

3.2.2 檢驗設備

3.2.2.1 標準溫度計 標準溫度計的不確定度應不超過被檢驗熱電偶允差的三分之一。 推薦使用下述標準溫度計： a. 標準鉑電阻溫度計，使用溫度範圍-196～630.74℃； b. 標準鉑銠10—鉑熱電偶，使用溫度範圍300～1200℃； c. 標準鉑銠30—鉑銠6熱電偶，使用溫度範圍1200～1600℃；

3.2.2.2 恆溫裝置 用比較法進行允差檢驗時，使用的恆溫裝置為： a. 精密恆溫裝置：沿插管方向100mm工作區域內各插管任意兩點的溫度差不超過0.1℃； b. 管形爐：爐長不小於600mm，在爐中心附近不短於60mm的工作區域內溫度差不超過1℃； 管形爐只與標準熱電偶配合使用。 精密恆溫裝置的溫度在指定時間內的變化不超過0.1℃；管形爐的溫度在指定時間內的變化應不超過1℃； 指定時間取下列三種時間中最大值： 標準溫度計的熱回響時間τ0.5的5倍。 被試熱電極組件（或熱電偶）的熱回響時間τ0..5的5倍。 在一個檢驗溫度點測試所需的時間。

3.2.2.3 0℃恆溫器 0℃恆溫器插管的長度應不短於160mm，工作區域的溫度為-0.1～ +0.1℃。 3.2.3 檢驗方法和要求 允差檢驗一般對熱電極組件進行。 檢驗時，一般採用比較法，在-195.806℃、-78.476℃、100℃、419.58℃、630.755℃、1084.88℃等溫度點的檢驗也可以採用定點法。 對電測儀表和參比端溫度補償的要求見表4。

表 4 允差等級 Ⅰ Ⅱ Ⅲ S 電測儀表類別 A B — 參比端溫度補償 採用0℃恆溫器 採用0℃恆溫器或其它參比端溫度補償方式 — B 電測儀表類別 — A B 參比端溫度補償 — 環境溫度在0～40℃範圍內可以不補償 J 電測儀表類別 A B — 參比端溫度補償 採用0℃恆溫器 採用0℃恆溫器或其它參比端溫度補償方式 — T 電測儀表類別 A B 參比端溫度補償 採用0℃恆溫器 E、K 電測儀表類別 A B 參比端溫度補償 採用0℃恆溫器 採用0℃恆溫器或其他參比端溫度補償方式 註：① A類電測儀表的精確度等級不低於0.01級，分辨能力不劣於0.1μV； B類電測儀表的精確度等級不低於0.05級，分辨能力不劣於1μV； ② 若採用其他參比端溫度補償方式，其補償誤差應不大於被檢驗熱電偶在參比端溫度允差的三分之一。

3.3 絕緣電阻

3.3.1 檢驗要求 a. 熱電偶應按出廠時原有的裝配方式進行絕緣電阻試驗。 b. 測量絕緣電阻所用儀表的精確度不低於±20%。 c. 施加試驗電壓的時間到達60秒，記錄絕緣電阻值。 d. 應變換所加試驗電壓的方向，並分別記錄測量結果，取其中較小值為被試熱電偶的絕緣電阻值。

3.3.2 常溫絕緣電阻 常溫絕緣電阻的試驗電壓為直流500±50V。 測量常溫絕緣電阻的大氣條件為：溫度15～35℃，相對濕度45%，大氣壓力86～106kPa。測試前被試熱電偶應在這樣的大氣條件放置至少2小時。

3.3.3 上限溫度絕緣電阻 上限溫度絕緣電阻的試驗電壓為直流10±1V。被試熱電偶在試驗溫度停留的時間應不短於其熱回響時間τ0..5的5倍。試驗溫度對於上限溫度的偏離範圍為±10℃。熱電偶被加熱的長度為300mm或其總長度的百分之五十（選其中較小值，並允許偏離百分之十）。加熱區域的溫度不均勻性應在10℃以內。 對採用瓷保護管的熱電偶，用金屬絲在熱電偶瓷保護管被加熱部位均勻繞15～20匝作為上限溫度絕緣電阻測試的一極。使用的金屬絲應對熱電偶無害。

3.4 熱電動熱穩定性

3.4.1 檢驗要求 熱電偶的熱電動勢穩定性試驗應帶保護管進行。對於具有密封型接線盒的熱電偶，試驗時應將接線盒妥善密封。

3.4.2 檢驗方法 a. 按3.2條規定的方法測量被試熱電偶在最高檢驗溫度點附近的熱電動勢，並把測量結果換算成相應於最高檢驗溫度點的熱電動勢值[換算方法見附錄B.1（參考件）]。 b. 將被試熱電偶置入試驗爐內，然後將試驗爐升至3.4.1款規定的溫度，維持250小時。 c. 自然冷卻後重複步驟a。 d.按式（2）計算熱電動熱變化量△E △E = Ec-Ea ----------------------------------------- (2) 式中：Ec、Ea ——分別為步驟c和步驟a測得的結果。

3.5 運輸基本環境條件 按ZBY 002的規定進行連續衝擊和自由跌落試驗。對一般熱電偶，自由跌落高度為250mm；對易碎、易損熱電偶，自由跌落高度為50mm。

3.6 熱回響時間

3.6.1 檢驗要求 應記錄熱電偶的輸出變化至相當於溫度階躍變化50%的時間τ0..9，必要時可以另外記錄變化10%的熱回響時間τ0..1和變化90%的熱回響時間τ0..9。 所記錄的熱回響時間應是同一試驗至少三次測試結果的平均值，每次測試結果對於平均值的偏離應在±10%以內。 形成溫度階躍變化所需的時間不應超過被試熱電偶的τ0..5的十分之一。 記錄儀器或儀表的回響時間不應超過被試熱電偶的τ0..5的十分之一。

3.6.2 檢驗方法 在試驗流道的可用橫截面內，水流速應保持0.4±0.05m/s，初始溫度在5～45℃的範圍內。溫度階躍值為40～50℃。在試驗過程中，水的溫度變化應不大於溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設計置入深度（選其中較小值，並在試驗報告中註明）。 B型熱電偶的熱回響時間推薦用下述方法檢驗：用同規格的S型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然後進行試驗。 註：可以由製造廠與用戶商採用其他試驗方法，但所給數據必須註明試驗條件。

檢驗規則

4.1 總則 每支熱電偶出廠前必須通過出廠試驗；各種結構和溫度範圍的熱電偶產品均應定期抽樣進行型式試驗。凡是結構特殊的以及擬用於嚴酷環境的熱電偶，應進行附加型式試驗[見附錄A（補充件）]，附加型式試驗的項目及周期由製造廠與用戶商定。

4.2 抽樣規則 按GB 2829—81《周期檢查計數抽樣程式及抽樣表》進行抽樣，並規定： a．檢查周期不超過二年； b．判別水平推薦採用1級； c．不合格質量水平不大於5； d．采且一次抽樣方案，判定數組為AC=0、Re=1。

4.3 出廠試驗

4.3.1 項目和順序 a. 允差； b. 裝配質量和外觀； c. 常溫絕緣電阻。

4.3.2 檢驗溫度點 a. 對於允差級為Ⅰ、Ⅱ級的S型、J型、T型、E型、K型的熱電偶，應在不低於100℃的一個檢驗溫度點進行允差檢驗； b. 對於允差等級為Ⅲ級的T型、E型、K型熱電偶，應在低於-100℃的一個檢驗溫度點進行允差檢驗； c. 對於允差等級為Ⅱ、Ⅲ級的B型熱電偶，應在不低於600℃的一個檢驗溫度點進行允差檢驗。

4.4 型式試驗

4.4.1 項目 a. 運輸基本環境條件； b. 裝配質量和外觀； c. 常溫絕緣電阻； d. 熱回響時間； e. 上限溫度絕緣電阻； f. 允差； g. 熱電動勢穩定性。

4.4.2 順序 按下述優先次序確定型式試驗順序： a. 不改變原有包裝方式的試驗； b. 先短期後長期； c. 不改變原有裝配方式的試驗； d. 先低溫後高溫（不包括進行允差檢驗時各檢驗溫度點的次序）。

4.5 允差檢驗判別規則 使用製造廠的測量系統進行允差檢驗時，若製造廠的測量系統的誤差為±n℃，則測試結果應不超過±（△-n）℃（△為2.2條的規定的允差值）；使用驗收單位的測量系統進行允差檢驗時，若驗收單位的測量系統的誤差為±m℃，則測試結果應不超過±（△+m）℃。

其他信息

包裝及熱電偶製造廠應向用戶提供的信息

5.1 包裝 a. 熱電偶一般採用ZBY 003-85《儀器儀表包裝技術條件》規定的簡易包裝。 b. 具有瓷保護管的熱電偶及其他易碎、易損熱電偶，應採用ZBY 003規定的防震包裝。

5.2 銘牌或出廠合格證明書上應註明的信息 a. 型號； b. 規格； c. 代號（分度號）； d. 適用溫度範圍； e. 允差等級； f. 保護管材料； g. 商標或製造廠名； h. 出廠日期。

5.3 使用說明書中應提供的信息 a. 分度表； b. 熱回響時間； c. 適用環境； d. 一般使用方法； e. 特殊的技術條件。

附 錄 A 附加型式試驗 （補充件）

A.1 技術要求

A.1.1 在濕熱條件下的絕緣電阻 熱電偶在恆定濕熱條件試驗結束時，其絕緣電阻值應不小於10MΩ。

A.1.2 無包裝自由跌落 熱電偶在無包裝自由跌落試驗結束時，應無機械損壞，無斷路或短路，常溫絕緣電阻應符合2.3.1款的規定。

A.1.3 振動 熱電偶在振動試驗結束時，應無機械損壞，無斷路或短路，常溫絕緣電阻應符合2.3.1款的規定。

A.1.4 壓力 熱電偶在經受試驗壓力的過程中，應無泄漏，無機械損壞，無斷路或短路，常溫絕緣電阻應符合2.3.1款的規定。

A.1.5 液體侵入的防護 熱電偶在液體侵入的防護試驗結束時，應無機械損壞，無斷路或短路，接線盒內無目視可見的水痕，常溫絕緣電阻應符合2.3.1款的規定。

A.1.6 隔爆 熱電偶應由國家指定的機構進行隔爆試驗，並按國家規定由該機構發給證書。

A.2 試驗方法

A.2.1 在濕熱條件下的絕緣電阻 按GB2423.3—81《電工電子產品基本環境試驗規程試驗Ca：恆定濕熱試驗方法》進行試驗。 試驗持續時間為2天。 試驗結束，立即按3.3條測量被試熱電偶的常溫絕緣電阻值。

A.2.2 無包裝自由跌落 自由跌落試驗前，被試熱電偶應結構完整。 試驗裝置為鋪放在剛性地面上的一塊厚度為6mm的鋼板。試驗時，被試熱電偶的縱軸與鋼板表面基本上保持平行，兩者的距離約250mm。然後讓被試熱電偶從這個高度自由跌落至鋼板上。這樣的過程應重複十次。 試驗結束，立即檢查被試熱電偶有無機械損壞，有無斷路或短路，並按3.3條測量常溫絕緣電阻值。

A.2.3 振動 按GB4451-84《工業自動化儀表振動（正弦）試驗方法》進行試驗。振動等級可根據實際情況選用2B或2C。 試驗結束，立即檢查被試熱電偶有無機械損壞。有無斷路或短路，並按3.3條測量常溫絕緣電阻值。

A.2.4 壓力 被試熱電偶置於充液的壓力試驗管中，壓力逐漸增加至最高使用壓力的1.5倍，保持60秒。 試驗結束，立即檢查被試熱電偶有無泄漏，有無機械損壞，有無斷路或短路，並按3.3條測量常溫絕緣電阻值。

A.2.5 液體侵入的防護 根據實際情況，可從A.2.5.1款、A.2.5.2款、A.2.5.3款所述的三個等級（其嚴酷程度是遞增的）選取一個進行試驗。 試驗結束，立即檢查被試熱電偶有無機械損壞，有無斷路或短路，接線盒內有無目視可見的水痕，並按3.3條測量常溫絕緣電阻值。 A.2.5.1 試驗裝置的原理見圖A。此裝置應具有可做往復擺動的半圓形噴水管，半圓的半徑既要儘可能小，又要滿足實際需要。 噴水管相對於垂直方向擺動角度α為±60°，扇形噴水面的半角β為±60°，掃過α角所需的時間約1秒，試驗壓力為0.1MPa，被試熱電偶的縱軸基本上與地面垂直，其接線盒大致處於半圓形噴水管的圓心部位。 噴水試驗時，被試熱電偶每300秒繞其軸轉動180°，噴水試驗時間至少10分。 此圖是“倒圖”

A.2.5.2 試驗裝置的原理和試驗方法同A.2.5.1款。但α約為±180°，β約為±90°，掃過α角所需時間約0.5秒。

A.2.5.3 試驗裝置為內徑12.5mm的噴水嘴，試驗壓力為0.1MPa，噴水嘴至被試熱電偶接線盒的距離為3m。 試驗時，噴水嘴應從各個方向向被試熱電偶噴水。噴水試驗時間至少15分。

A.2.6 隔爆試驗 按GB3836-83《隔爆型電氣設備“d”》的有關規定進行試驗。

附 錄 B 補充說明 （參考件）

B.1 換算方法 如果實際檢驗溫度對檢驗溫度點的偏離較小，可以按下述方法將熱電動勢測量結果換算面相應於檢驗溫度點的熱電動勢值。 E（t）=E（t'）+（t - t'）-------------------------- （3） 式中： t ——檢驗溫度，℃； t'&shy;—— 由標準溫度計測得的實際檢驗溫度，℃； E（t）——溫度為t時熱電偶的熱電動熱，μV； E（t'）——溫度為t'時熱電偶的熱電動熱，μV； ——溫度為t時熱電偶的靈敏度或塞貝克係數，μV·℃-1。 可以按ZBY300附錄給出的公式算出，也可以由下式求得 = ----------------------------------（4） 式中：E*（t）——溫度為t時熱電偶分度表給出的熱電動勢，μV； 例：某支K型熱電偶測得的熱電動勢為41.400mV，檢驗溫度為1000℃，用標準溫度計測得的實際檢驗溫度為1005.5℃。 mV/ ℃ E（1000℃）= 41.400+0.0389×（1000-1005.5） = 41.186mV 這支熱電偶1000℃時熱電動勢為41.186mV。

B.2 與本標準有關的其他主要標準

B.2.1 熱電極 a. GB3772-83《鉑銠10-鉑熱電偶絲及分度表》； b. GB2909-82《鉑銠30-鉑銠6熱電偶絲及分度表》； c. GB4994-85《鐵—銅鎳熱電偶絲及分度表》； d. GB2903-82《銅—康銅熱電偶絲及分度表》； e. GB4993-85《鎳鉻—銅鎳熱電偶絲及分度表》； f. GB2614-85《鎳鉻—鎳矽熱電偶絲及分度表》；

B.2.2 補償導線 GB4989-85《熱電偶用補償導線》。

B.2.3 瓷保護管和絕緣管 GB2935-82《熱電偶瓷套管》。

常見產品分類：

工業熱電偶
裝配熱電偶		防爆熱電偶		鎧裝熱電偶
微細鎧裝熱電偶		耐磨熱電偶		多點熱電偶
吹氣熱電偶		壓簧固定熱電偶		多點隔爆熱電偶
高溫防腐熱電偶		高溫高壓熱電偶		爐管刀刃熱電偶
直角彎頭熱電偶		裂解爐專用熱電偶		快速熱電偶/測溫槍
高溫貴金屬熱電偶		耐磨切斷熱電偶		耐磨阻漏熱電偶