什么是热电偶材料?

[拼音]：redian’ou cailiao

[外文]：thermocouple materials

用于制作热电偶测温元件的材料。主要为金属材料，也有非金属材料，如石墨。1821年，塞贝克(T.J.Seebeck)发现：两种不同导体端点相接，并使两端结点处在不同的温度中，则在两导体组成的电路中产生电动势。热电偶是应用这种热电效应原理制成的测量温度的元件，热电偶测温装置示意见图1。（Pt－10Rh）/ Pt(含铑为10％的铂合金与铂组成的热电偶)热电偶在1885年首先研制成功，1890年前后获得实际应用。Fe/（Cu-43Ni）热电偶于1910年开始使用，(Ni-10Cr)/(Ni-3Mn-2Al-1Si) 热电偶在第一次世界大战期间获得工业应用。

金属的热电性同化学成分和组织结构有关。热电偶材料通常要求化学成分均匀（包括不同批号生产的材料之间以及单根丝沿长度方向的均匀性），使用过程中性能稳定并不受环境污染，使用温度范围较宽，高温强度良好，容易加工成型，价格便宜等。

广泛使用的热电偶有铂铑／铂热电偶，镍铬／镍硅(铝)热电偶，镍铬/康铜热电偶，铁/康铜热电偶和铜/康铜热电偶等。这些品种具有优异的综合性能，已被中国和其他国家列为标准热电偶产品，其电动势-温度曲线见图2。表中列出常用热电偶中，镍铬/康铜热电偶具有最高的热电势，0℃时热电势率为58.5μV/K，400～600℃时，热电势率增到81.0μV/K，耐热和耐蚀性也较铁/康铜优良，而且价格低廉，这种材料适宜于在低温和中温下使用。某些国家用它取代铁/康铜热电偶和铜/康铜热电偶，作为标准热电偶。1953年研制成 (Pt-30Rh)/(Pt-6Rh)双铂铑热电偶，60年代把它列为标准热电偶。这种热电偶的使用温度很高，长期使用温度上限为1600℃，短时使用可达1800℃。与铂铑/铂热电偶比较，稳定性改善，强度增加。

除了上述标准热电偶，还发展出特殊条件下使用的非标准热电偶。钨铼热电偶是60年代发展起来的一种高温热电偶，有W/(W-26Re)，(W-3Re)/(W-25Re)，(W-5Re)/(W-26Re)和(W-5Re)/(W-20Re)等。长期使用温度为2000～2400℃，短期使用最高可达3000℃。在低温热电偶中，(Au-2.1Co)/Cu热电偶，在10K以上的热电势率大于10μV/K;金中含有微量(约0.07原子百分比)铁的合金与镍铬合金组成的热电偶，在液氦温度(4K)的热电势率大于10μV/K，都是较好的。 (Pt-0.1Mo)/(Pt-5Mo)、(Pt-1Mo)/(Pt-5Mo)以及用钨和0.5～1 (原子百分比)锇的合金与钨和铼的合金组成热电偶等可在核辐照条件下使用。除金属材料外，石墨和难熔化合物等非金属材料也可作为高温热电偶。此类材料的优点是熔点高，高温性能稳定，热电势和热电势率高等；缺点是材料脆，石墨易于吸潮而改变热电性，重复性差，还处于研究发展之中。这类热电偶有碳/石墨，石墨/碳化物，碳化物/碳化物等。

参考书目

（美）金齐著，陈道龙译：《热电偶测温》，原子能出版社，北京，1980。（P. A. Kinzie， ThermocoupΓe Temperature Measurement，Wiley-Interscience， New York，1973.）