热电偶延伸导线制造技术

本发明专利技术公开了一种热电偶系统。所述热电偶系统包括具有正极引线和负极引线的热电偶。正极导线的第一端部与所述正极引线在第一接点处相连，正极导线的第二端部与第二接点相连。负极导线的第一端部与所述负极引线在第三接点处相连，负极导线的第二端部与第四接点相连。所述第二接点和所述第四接点构成了基准接点。对正极导线以及负极导线中的至少一者的导热率和规格中的至少一项进行选择，以控制分别由所述第一接点流向所述基准接点的热流以及由所述第三接点流向所述基准接点的热流，使得这两个热流之间的差值低于预定量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电偶延伸导线相关申请的交叉引用本申请要求于2007年10月24日提交的美国临时专利申请No. 60/982，292的优 先权，其内容以引用方式并入本文。
技术介绍
用于高温测量的热电偶通常由诸如钼之类的贵金属和钼合金制成。最为常见的热 电偶为(1)R型热电偶，其具有由钼和13%的铑构成的正极引线材料，以及由钼构成的负 极引线；(2)S型热电偶，其具有由钼和10%的铑构成的正极引线材料，以及由钼构成的负 极引线。贵金属热电偶的缺点在于其成本高，其成本与钼以及钼/铑热电偶线的长度成正 比。在工业环境中，基准接点(reference junction)所处的仪 表位置通常距离热电偶 较远。尤其是，当对熔融金属的温度进行测量时，用于测量热电偶的电动势(emf)输出的仪 表通常与热电偶的测量接点相距很远，例如距离达100英尺。将贵金属热电偶与测量接点 之间的距离延长至100英尺或更远会使费用极为昂贵。另外，(例如)当热电偶仅用于某 一种或某些测量时，如通常那样将其用于熔融金属的温度测量时，使用延长至100英尺或 更远的贵金属热电偶其费用甚至会变得更为昂贵。对于使用贵金属热电偶来测量熔融金属温度的测温系统，其通常通过如下方式将 贵金属热电偶线的长度最大程度地缩短，所述方式为在通常称作传感器或探针的连接装 置中，利用由价格较低的金属/金属合金制成的连接导线，将热电偶与远处的测量仪器连 接在一起。通常将这种连接导线称作延伸导线(extension wire)。通过如下方式，可将延伸导线用于热电偶和远距离测量仪器间的连接，同时仍维 持大多数应用可接受的测量精度，所述方式为(1)对延伸导线的热电特性进行选择，使得 在延伸导线的整个工作温度范围内，延伸导线的热电特性和与延伸导线相连接的贵金属热 电偶的热电特性基本相同；并且(2)将正极热电偶线与正极延伸导线的接点以及负极热电 偶线与负极延伸导线的接点维持为相同的温度。在这些条件下，在基准接点测得的电压理 想上仅为测量接点与基准接点之间的温度差值的函数，而与在热电偶线与延伸导线连接处 所形成的接点的温度无关。常规上，用以连接贵金属热电偶的正极热电偶引线的延伸导线 由纯铜制成，而与负极引线连接的延伸导线由铜_镍合金制成。在美国专利No. 3，926，681 和US 4，002, 500中，阐述了选择特定种类的材料，以使得某一种类型的延伸导线的热电 特性与贵金属热电偶的热电特性相匹配，从而将由热电偶与延伸导线之间的热电特性失 配所带来的误差降至最低。在“Manual on the Use of Thermocouples inTemperature Measurement ”(热电偶测温使用手册)，ASTM Pub. 470B, 1981，27-35页中，对由热电偶与延 伸导线的接点处的温度差所导致的测量误差进行了阐述，其中该接点处的温差是由于延伸 导线与热电偶元件之间的热电特性失配所造成的。如上所述，热电偶和延伸导线的正、负极接点(下文中称作中间接点(intermediate junctions))之间的温度差会导致热电偶emf的测量误差。现有技术中未曾讨论的是这种中间接点之间的温度差可能是由于从正极中间接点流向相应的温度较低 的基准接点的热流与从负极中间接点流向相应的温度较低的基准接点的热流这二者不同 而造成的。在这两个接点接收相等的热量输入的条件下，这种热流差异会导致其中一个接 点明显变冷。该温度差随着热电偶(更具体为中间接点)在暴露于高温环境而导致热量不 断增加的状态下所经历的时间成比例地增加。提高贵金属温度测量方法的精度、尤其是提高熔融金属的温度测量精度在工业上 是有经济效益的。因此，降低从热电偶与延伸导线的接点流过热电偶延伸导线的差分热流 是有利的。
技术实现思路
上述问题通过本专利技术得以解决。本专利技术的特征在独立权利要求中加以描述。在从 属权利要求中对优选实施方案进行了说明。本专利技术披露了一种热电偶系统。该热电偶系统 包括具有正极引线(positive lead)和负极引线(negative lead)的热电偶。正极导线 (positive wire)的第一端部与正极引线在第一接点处相连，正极导线的第二端部与第二 接点相连。负极导线(negative wire)的第一端部与负极引线在第三接点处相连，负极导 线的第二端部与第四接点相连。第二接点和第四接点构成了基准接点。对正极导线和负极 导线中的至少一者的导热率和规格(gauge)中的至少一项进行选择，以控制分别从第一接 点流向基准接点的热流以及从第三接点流向基准接点的热流，使得这两个热流之间的差值 低于预定量。附图简要说明结合附图，可更好地理解本专利技术的上述内容以及下面的详细说明。为了示意本发 明，在附图中示出了优选的实施方案。然而应理解到，本专利技术并不局限于所示出的精确的布 置方式和仪器。在附图中附图说明图1为热电偶A、B和C的示意图；图2为热电偶电路的示意图；图3为热电偶电路的emf与温度之间的关系图；图4为已知温度传感器的示意图；图5a为本专利技术第一实施方案的示意图；图5b为本专利技术第二实施方案的示意图；图5c为本专利技术第三实施方案的示意图。专利技术详述参见图1，该图示出了两个热电特性相同的热电偶。第一热电偶A(其基准接点温 度Taa= 32° F，测量接点处于某一中间温度I 与第二热电偶Β(其基准接点温度为该 中间温度I ，测量接点的温度为待测温度1 ^)的组合相当于这样一个单独的热电偶，该 单独的热电偶的基准接点温度为32° F，测量接点温度为待测温度T1 ，即，emfA+emfB = emfc，其中emf为热电偶所产生的电动势。简单来说，如果已知某一基准温度下的热电偶的 emf与温度间的关系，则可预测到在任意其他基准温度下产生的emf。实际结果为可将其热电特性与热电偶对(thermocouple pair)B相同、但材料与之不同的延伸导线对(extension wire pair)A介入热电偶电路中(例如介于T基准和I中间 之间)，而不会影响通过完整的热电偶C所测得的净emf值。在许多使用延伸导线与外壳中的热电偶连接的工业应用中，在测量接点的温度可 能会超过2500° F的情况下，位于外壳内的中间接点的温度不会超过400° F。类似地，在 实践中，位于测量仪表处的基准接点的温度不会低于32° F。这样，由于延伸导线的工作 温度范围有限，因此由价格低于贵金属热电偶的材料制成的延伸导线通常被用在工业应用 中，以将热电偶延长至基准接点。理想的情况是，为了避免不准确，延伸导线和贵金属热电 偶的热电特性应匹配，从而使得在32° F至400° F范围内的任何温度下，两根延伸导线之 间形成的差分电动势(emf)与两根贵金属热电偶线之间形成的差分emf在极性和幅值方面 均几乎相同。图2示出了延伸导线(PX、NX)在S型和R型热电偶电路中的使用，其中贵金属热电 偶P、N在点T1处与中间接点连接，并且延伸导线PX、NX被插入中间接点和位于点Tk处的基 准接点之间。这种热电偶组件的输出值可通过将所有接点在各端温度之间的电压加在一起 而计算得到，例如<formula>formula see original document pa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电偶系统，包括：热电偶，其具有正极引线和负极引线，所述正极引线和所述负极引线在测量接点处连接在一起，以及至少一根正极导线以及至少一根负极导线，所述正极导线的第一端部与所述正极引线在第一接点处相连，所述正极导线的第二端部与第二接点相连，所述负极导线的第一端部与所述负极引线在第三接点处相连，所述负极导线的第二端部与第四接点相连，所述第二接点和所述第四接点构成基准接点，所述基准接点的温度低于所述测量接点的温度，其中对所述至少一根正极导线以及所述至少一根负极导线中的至少一者的导热率和规格中的至少一项进行选择，以控制分别由所述第一接点流向基准接点方向的热流以及由所述第三接点流向基准接点方向的热流，使得这两个热流之间的差值低于预定量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德F孔蒂，
申请(专利权)人：贺利氏电子耐特国际股份公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]