[发明专利]热电偶延伸导线

说明书

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。

背景技术

用于高温测量的热电偶通常由诸如铂之类的贵金属和铂合金制 成。最为常见的热电偶为：(1)R型热电偶，其具有由铂和13％的 铑构成的正极引线材料，以及由铂构成的负极引线；(2)S型热电 偶，其具有由铂和10％的铑构成的正极引线材料，以及由铂构成的负 极引线。

贵金属热电偶的缺点在于其成本高，其成本与铂以及铂/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 in Temperature 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。

发明内容