1.引言熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號， 通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。
常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。在中國標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶從 1988 年 1 月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 iec 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)， 并 s、b、e、k、r、j、t 七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。
隨著國內(nèi)實驗室試驗?zāi)芰υ絹碓綇?qiáng)，與接軌的速度與日俱增，越來越多的標(biāo)準(zhǔn)試驗可以在國內(nèi) 實驗室中進(jìn)行，而國外標(biāo)準(zhǔn)中(iso、en 標(biāo)準(zhǔn))，對于熱電偶有自己地域的*要求。為了滿足國外標(biāo)準(zhǔn)要求， 同時也為了比較國內(nèi)熱電偶與國外熱電偶在敏感度、耐久性、精確度等方面的差異，本課題孕育而生。
2.建筑構(gòu)件耐火試驗中熱電偶使用狀況及分度表2.1.國外使用狀況iso、en 中，明確爐內(nèi)采用鎳鉻鎳鋁板式熱電偶[1] [2]。bs 標(biāo)準(zhǔn)中，明確爐內(nèi)熱電偶采用鎳鉻鎳硅點(diǎn)式熱電偶[3]。
2.2.國內(nèi)使用狀況gb 標(biāo)準(zhǔn)中，明確爐內(nèi)熱電偶采用鎳鉻鎳硅點(diǎn)式熱電偶[4]。
2.3.熱電偶分度表我國已經(jīng)基本上用鎳鉻鎳硅熱電偶取代了鎳鉻鎳鋁熱電偶。國外仍然使用鎳鉻鎳鋁熱電偶。兩種熱電偶的化學(xué)成分雖然不同，但其熱電特性相同，使用同一分度表。下列多項式為溫度與電壓值之間的對應(yīng)關(guān)系，表 1 為耐火試驗中典型溫度與電壓值之間的對應(yīng)關(guān)系[5] [6]。
鎳鉻鎳鋁的分度表是由下列多項式算出的：
1) −270℃~0℃
e=åa(t)imv
i 90
i =1
table 1. the relationship between electromotive force and the temperature of type k thermocouple (nickel chromium
/nickel aluminum) in the test
表 1. 試驗中典型 k 型(鎳鉻/鎳鋁)電動勢溫度關(guān)系
t90/℃
e/μv
0
0
30
1203
60
2436
90
3682
120
4920
試中： a1
= 3.9450128025 × 10
a = 2.3622373598 ×10−2
a = −3.2858906784 ×10−4
a = −4.9904828777 ×10−6
a = −6.7509059173 ×10−8
a = −5.7410327428 ×10−10
a = −3.1088872894 ×10−12
a = −1.0451609365 ×10−14
a = −1.9889266878 ×10−17
a = −1.6322697486 ×10−20
2) 0 ℃~1372℃
e =b
+åb(t
)i+c
exp éc (t
-126.9686)2ùmv
試中： bo
= −1.7600413686 × 10
o i 90
i =1
o ë1 90 û
b1 = 3.8921204975 × 10
b = 1.8558770032 × 10−2
b = −9.9457592874 × 10−5
b = 3.1840945719 × 10−7
b = −5.6072844889 × 10−10
b = 5.6075059059 × 10−13
b = −3.2020720003 × 10−16
b = 9.7151147152 × 10−20
b = −1.2104721275 × 10−23
c = 1.185976 ×102
c = −1.183432 ×10−4
3.耐火試驗3.1.熱電偶準(zhǔn)備3.1.1.板式熱電偶
嚴(yán)格按照bs en 規(guī)范中的熱電偶要求制作，爐內(nèi)熱電偶應(yīng)采用平板測溫儀，這種測溫儀由折疊鋼板，
固定在鋼板上的熱電偶裝及填裝在板中間的耐熱材料組成。平板為(150 ± 1) mm 長，(100 ± 1) mm 寬，(0.7
± 1) mm 厚，鎳合金薄板折成。
3.2.2. 點(diǎn)式熱電偶
點(diǎn)式熱電偶嚴(yán)格按照 gb 要求進(jìn)行制作[5]，爐內(nèi)熱電偶采用符合 gb/t 16839.1 規(guī)定的絲徑為 0.75 mm~2.30 mm 的鎳鉻-鎳硅(k 型)熱電偶[6]，外罩耐熱不銹鋼套管，中間填裝耐熱材料，其熱端伸出套管的長度不少于 25 mm。
3.2.試驗設(shè)備3.2.1.兩種類型熱電偶的安裝
嚴(yán)格按照 en 規(guī)范中的熱電偶要求制作熱電偶的位置不應(yīng)受燃燒器火焰的直接沖擊，并且距離戶內(nèi)所有側(cè)墻、底面和頂部不應(yīng)小于 450 mm。試驗開始時平板測溫儀應(yīng)該距離待測結(jié)構(gòu)的背火面(100± 50) mm，并且在試驗過程中必須盡可能的保持這個距離。固定的方式要確保在耐火試驗期間平板測溫儀不移動或脫落，安裝圖示如圖 1 所示。
3.3.試驗方案3.3.1.升溫方案
本系列試驗采用的升溫曲線為 iso 標(biāo)準(zhǔn)時間—溫度曲線(如圖 2 所示)，此曲線的實質(zhì)是提供一個能合理代表火災(zāi)發(fā)生條件的標(biāo)準(zhǔn)試驗環(huán)境條件，在該試驗環(huán)境條件下，可以比較建筑結(jié)構(gòu)中具有代表性的不同構(gòu)件的耐火性能。
3.3.2.試驗對象
本系列試驗主要針對 iso、bs、en 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的電梯耐火層門、防火玻璃、防火隔墻等等。
3.4.試驗結(jié)果3.4.1.試驗對象統(tǒng)計
從課題立項至今，根據(jù) iso 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了 5 次試驗，歷經(jīng) 7 小時；根據(jù) bs 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了 16 次試驗，歷經(jīng) 22 小時；根據(jù) en 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了 49 次試驗，歷經(jīng) 67 小時。
figure 1. two types of furnace thermocouples
圖 1. 兩種類型爐內(nèi)熱電偶
3.4.2.試驗結(jié)果分析
(1)點(diǎn)式熱電偶測量平均爐溫、板式熱電偶測量平均爐溫及標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線爐溫對比圖 3為點(diǎn)式熱電偶爐溫、板式熱電偶爐溫及標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線圖示。
從大量試驗可以得出：板式熱電偶平均爐溫和點(diǎn)式熱電偶平均爐溫與標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線之間溫差在±15 ℃，滿足爐溫精度要求，均可以作為爐溫?zé)犭娕际褂谩?br>(2)各個點(diǎn)式熱電偶測量爐溫、各個板式熱電偶測量爐溫及標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線爐溫對比圖 4、圖 5 為各個點(diǎn)式熱電偶爐溫、各個板式熱電偶爐溫及標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線圖示。
從大量試驗可以得出：各個板式熱電偶和點(diǎn)式熱電偶均滿足爐溫精度要求。在穩(wěn)定性方面，板式熱電偶要好于點(diǎn)式熱電偶。
(3)相近位置處，點(diǎn)式熱電偶與板式熱電偶數(shù)據(jù)對比
圖 6、圖 7、圖 8 為相近位置處，板式熱電偶與點(diǎn)式熱電偶數(shù)據(jù)對比。
從大量試驗可以得出：相近處，點(diǎn)式熱電偶與板式熱電偶溫度相近，基本不受熱電偶類型影響。
figure 2. iso standard temperature/time curve
圖 2. iso 標(biāo)準(zhǔn)時間—溫度曲線
figure 3. point mean furnace temperature, plate mean furnace temperature and standard temperature/time curve
圖 3. 點(diǎn)式熱電偶平均爐溫、板式熱電偶平均爐溫及標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線
figure 4. each point mean furnace temperature and standard temperature/time curve
圖 4. 各個點(diǎn)式熱電偶及標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線
figure 5. each plate mean furnace temperature and standard temperature/time curve
圖 5. 各個板式熱電偶及標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線
figure 6. point furnace temperature and plate furnace tempera- ture/time curve at the similar position
圖 6. 相近位置板式熱電偶、點(diǎn)式熱電偶升溫曲線
(4)相同位置處不同材質(zhì)板式熱電偶對比
圖 9、圖 10 為相近位置處，不同材質(zhì)板式熱電偶數(shù)據(jù)對比。
從大量試驗可以得出：相近位置處，不同保護(hù)措施的板式熱電偶溫度相近，不同類型的板式熱電偶溫度相近。
4.結(jié)論從大量的試驗數(shù)據(jù)可以得知：
figure 7. point furnace temperature and plate furnace temperature/time curve at the similar location
圖 7. 相近位置板式熱電偶、點(diǎn)式熱電偶升溫曲線
figure 8. point furnace temperature and plate furnace temperature/time curve at the similar location
圖 8. 相近位置板式熱電偶、點(diǎn)式熱電偶升溫曲線
figure 9. armor plate furnace temperature and ceramics plate furnace temperature/time curve at the similar location
圖 9. 相近位置處鎧裝板式熱電偶與陶瓷板式熱電偶升溫曲線
figure 10. armor plate furnace temperature and imported silica plate furnace temperature/time curve at the similar location
圖 10. 相近位置處鎧裝板式熱電偶與進(jìn)口二氧化硅板式熱電偶升溫曲線
(1)板式熱電偶與點(diǎn)式熱電偶均滿足建筑構(gòu)件耐火規(guī)范對爐溫精度的要求，均可以作為爐溫?zé)犭娕际?br>用；
(2)板式熱電偶在試驗初期，對溫度敏感度要低于點(diǎn)式熱電偶，但是整體的穩(wěn)定性要高于點(diǎn)式熱電偶；
(3)相近位置處，熱電偶受材質(zhì)、類型及保護(hù)措施的影響不大，基本可以忽略。
基金項目中國建筑科學(xué)研究院青年基金《板式熱電偶與普通熱電偶在耐火試驗中的應(yīng)用研究》。