Technical Summary

装配式热电偶

装配式热电偶Industrial Assembly Thermocouple本文件面向仪表工程师、选型设计人员、运维人员及项目技术管理者，系统介绍装配式热电偶的测量原理、产品结构、优缺点对比、应用领域、技术参数、命名规则及选型方法。

温度传感器系列全部型号（2）咨询选型

所属系列：温度传感器系列

TECHNOLOGY & APPLICATION

理解原理，精准选型

从测量原理到现场应用，了解装配式热电偶的技术特点与选型要点。

TECHNICAL GUIDE

概述

（Industrial Assembly Thermocouple，WR系列）是工业过程测温中最经典、最广泛使用的热电偶结构形式，由感温元件（偶丝+绝缘子）、金属保护管、接线盒、接线端子、过程连接等多个独立部件装配而成。与铠装热电偶一体化拉拔结构相比，装配式结构具有现场可维修、部件可更换、标准化程度高等优点。

起源于上世纪初欧美工业兴起时期，最初仅作为热电偶的现场组装版本。随着IEC60584 国际标准发布，装配式热电偶形成了从分度号（K/N/E/J/T/S/R/B）、结构形式（直型 / 角型 /锥形）、保护管材质到过程连接（螺纹/法兰/卡套）的完整标准化体系，是工业测温仪表中型号最多、覆盖面最广的品种。

主要技术特点

概述 · 序号 / 特点对照查阅

序号	特点
1	模块化装配：偶丝、护套、接线盒、过程连接独立部件，可单独更换
2	现场可维护：无需返厂，运维成本低
3	标准化高：符合 IEC 60584 / IEC 61515 国际标准
4	测温范围宽：-200~+1800 ℃，按分度号和护套决定
5	结构坚固：金属护套可承受 10~30 MPa 压力
6	互换性好：标准接线盒、安装螺纹，替换维护方便
7	可扩展通讯：配套变送器支持 Hart / MODBUS / PROFIBUS
8	选型灵活：8 种分度号 + 多种护套材质 + 多种过程连接组合

MEASUREMENT PRINCIPLE

工作原理

2.1 塞贝克热电效应

两种不同导体（热电极 A 与 B）两端相接形成闭合回路时，若两接点温度不同，回路中将产生热电势EAB(T, T0)，其大小仅取决于两电极材料及两端温度，与电极长度、粗细无关。该现象由德国物理学家塞贝克于 1821 年发现，称为塞贝克效应（Seebeck Effect），是热电偶测温的物理基础。

的偶丝通常采用 IEC 60584 国际标准规定的标准化材料对（分度号），如 K型（NiCr-NiSi）、N 型（NiCrSi-NiSi）、E 型（NiCr-CuNi）、J 型（Fe-CuNi）等。

E(t) = c0 + c1·t + c2·t2 + c3·t3 + ... + cn·t^n

热电势与温度关系通过 IEC 60584 标准分度表确定，表达式为多项式：E(t) = c0 + c1·t + c2·t² + c3·t³ + … + cn·t^n

2.2 装配式结构原理

的核心特点是"分体装配"，各部件之间通过螺纹、压接、焊接方式连接：①测量端（热端）：双支偶丝顶端焊接形成测温节点（氩弧焊/激光焊/对焊），通过绝缘子定位在保护管顶端；

② 中段绝缘

氧化铝瓷珠 / 瓷管分隔正负极，避免短路；

③ 冷端密封

偶丝从保护管尾端引出后灌封环氧或陶瓷绝缘，与接线盒底部密封；

④ 接线盒转接

冷端通过瓷接线端子过渡到外接补偿导线或一体化变送器；

⑤ 过程连接

保护管底端通过螺纹 / 法兰 / 卡套与设备连接。

2.3 冷端温度补偿

热电偶输出的热电势对应热端（T）与冷端（T0）的温差，而显示仪表期望得到以0℃

为基准的绝对温度值，因此必须对冷端进行补偿。常用方法：

2.4 工作流程

工作原理 · 序号 / 补偿方法对照查阅

序号	补偿方法	原理	精度
1	冰浴法	冷端置于 0 ℃ 冰水混合物	极高，实验室用
2	电桥补偿法	内置 PN 结测温桥路自动补偿	±0.5 ℃，现场主流
3	补偿导线法	用同分度号导线延伸冷端到温区稳定处	±1 ℃，经济实用
4	软件补偿法	PLC/DCS 内置温度传感器二次补偿	±0.3 ℃，系统级
步骤	动作
①	现场温度 → 保护管传导 → 测量端偶丝焊接点
②	焊接点温度差 → 偶丝产生塞贝克热电势 E(T, T0)
③	热电势沿偶丝 → 冷端 → 补偿导线 → 接线端子
④	变送器按 IEC 60584 分度表换算 → 4-20 mA / Hart

工作原理 · 步骤 / 动作对照查阅

步骤	动作
⑤	信号送至 DCS / PLC → 显示、报警、记录、控制
⑥	超量程 / 断偶 → 触发报警并送故障信号
⑦	保护管持续承压 → 维护更换按计划执行

PRODUCT STRUCTURE

产品结构

3.1 主要结构部件

3.2 安装结构形式（5 类）

3.3 输出方式

优缺点分析

4.1 主要优点

4.2 主要缺点

测量端（热端）

功能描述：双支偶丝顶端焊接节点常用材质/规格：氩弧焊 / 激光焊 / 对焊

绝缘子

功能描述：分隔正负极，避免短路常用材质/规格：高纯氧化铝 / 莫来石瓷珠

偶丝

功能描述：塞贝克热电势产生核心常用材质/规格：K/E/J/N/S/R/B（Φ0.5~Φ3 mm）

金属保护管

功能描述：气密保护、抗氧化、抗压常用材质/规格：316L / 310S / Inconel 600 / GH3030

瓷珠 / 瓷管

功能描述：中段绝缘和支撑常用材质/规格：高纯氧化铝 99% / 莫来石瓷管

冷端灌封

功能描述：尾端密封、绝缘、防水常用材质/规格：环氧树脂 / 陶瓷胶 / 硅橡胶

接线盒底座

功能描述：密封固定补偿导线入口常用材质/规格：铝合金 / 不锈钢 / 工程塑料

接线盒盖

功能描述：防护接线端子，方便维护常用材质/规格：铝合金 / 不锈钢 / IP65~IP68

接线端子

功能描述：偶丝与补偿导线转接常用材质/规格：陶瓷端子 / 镍镀层铜端子

过程连接

功能描述：安装于管道 / 容器常用材质/规格：螺纹 G1/G2、法兰 DN25~100、卡套

变送器（可选）

功能描述：一体化信号转换常用材质/规格：4-20 mA + Hart / 总线

铭牌 / 警告牌

功能描述：标识分度号、温度、长度常用材质/规格：不锈钢 / 铝合金雕刻

形式

部件名称：结构特点功能描述：典型应用常用材质/规格：

直型

部件名称：保护管沿轴向直线安装，结构最常见功能描述：管道 / 储罐 / 反应器温度常用材质/规格：

角型 / 90°

部件名称：保护管与接线盒成 90° 角，便于侧壁安装功能描述：小空间 / 侧面安装 / 弯角处常用材质/规格：

锥形

部件名称：保护管端部锥形，响应更快功能描述：高精度测温 / 响应时间要求高常用材质/规格：

多点式

部件名称：一支保护管内含多支偶丝（2/3/4 支）功能描述：多测点同位 / 平均温度测量常用材质/规格：

活动法兰式

部件名称：过程连接为活动法兰，便于调节插入深度功能描述：现场需频繁调节插入深度常用材质/规格：

输出类型

部件名称：信号形式功能描述：负载能力常用材质/规格：典型应用

mV 直接输出

部件名称：原始热电势 0~50 mV 功能描述：无源信号常用材质/规格：短距离直连数显表

二线制 4-20 mA

部件名称：环路供电，叠加 HART 功能描述：RL ≤ (V-12)/0.02 常用材质/规格：主流工业现场

三线制 4-20 mA

信号形式：独立供电回路负载能力：RL ≤ 600 Ω 典型应用：高温高噪场合

Hart 协议

信号形式：4-20 mA + 数字双向负载能力：需要手操器典型应用：参数远程组态

MODBUS RTU

信号形式：RS-485 数字通讯负载能力：最多 32 节点典型应用：多台仪表组网

PROFIBUS-PA

信号形式：总线型本质安全负载能力：本质安全场合典型应用：化工 DCS 系统集成

1

优点：模块化装配：偶丝、护套、接线盒、过程连接独立部件，可单独更换

2

优点：现场可维护：无需返厂，运维成本低

3

优点：标准化高：符合 IEC 60584 / IEC 61515 国际标准

4

优点：测温范围宽：-200~+1800 ℃，覆盖中高温主流工况

5

优点：互换性好：标准接线盒、过程连接，替换维护方便

6

优点：兼容性好：可配套多种分度号偶丝和多种输出方式

7

优点：可扩展通讯：配套变送器支持 Hart / 总线 / MODBUS

8

优点：结构坚固：金属护套抗压、抗弯、抗震

9

优点：价格适中：相比 S/R/B 铂铑偶丝 K/N/E 型成本低

缺点与使用限制

1

缺点：响应较慢：相比铠装热电偶，金属护套较厚，响应时间 5~60 s

2

缺点：体积较大：相比铠装结构，标准装配式直径较粗

3

缺点：重量较重：金属护套 + 接线盒不适合轻量化场景

4

缺点：需冷端补偿：补偿不当会带来 ±1~3 ℃ 系统误差

5

缺点：补偿导线成本：专用补偿导线比普通导线贵 3~8 倍

6

缺点：弯曲性差：金属护套硬度高，不适合弯曲安装

7

缺点：机械冲击敏感：瓷绝缘子受冲击易碎裂

8

缺点：安装要求严格：需正确选型分度号、补偿导线、安装深度

9

缺点：不适用于强振动：振动环境易导致瓷绝缘子碎裂

APPLICATIONS

应用领域

因结构成熟、标准化程度高、维护简单，是工业测温中应用最广泛的温度传感器之一。

具体应用包括

5.1 典型应用案例

① 某 600MW 火电机锅炉过热蒸汽管道

温度 540 ℃、压力 25 MPa，采用 K 型装配式热电偶配 G1法兰，配套 Hart 变送器远程组态；

② 某大型石化催化裂化反应器

温度 480~520 ℃、介质为含催化剂油气，采用 K 型装配式热电偶 +316L 护套 + 法兰 DN50；

③ 某钢铁厂加热炉均热段

温度 1200 ℃、介质为钢坯和炉气，采用 S 型装配式热电偶 +高铝陶瓷护套 + 活动法兰结构；

④ 某制药厂注射液灭菌釜

温度 121 ℃、压力 0.15 MPa，采用 E 型装配式热电偶 + 卫生级Tri-Clamp 接头 + Hart 变送器；

⑤ 某半导体扩散炉

温度 800~1100 ℃、介质为保护气 + 硅片，采用 N 型装配式热电偶 +高纯氧化铝绝缘 + KF 法兰。

电力 / 火电

典型工况：过热器、再热器、给水温度代表介质：蒸汽、烟气、给水

石油 / 化工

典型工况：反应釜、精馏塔、储罐温度代表介质：油气、有机溶剂、酸碱液

冶金 / 钢铁

典型工况：加热炉、连铸、轧钢温度代表介质：钢坯、加热炉气、轧辊

玻璃 / 玻纤

典型工况：玻璃熔窑、料道、退火炉代表介质：玻璃液、配合料、空气

水泥 / 建材

典型工况：回转窑、分解炉、篦冷机代表介质：熟料、烟气、水泥粉

造纸 / 制浆

典型工况：蒸煮器、干燥机、黑液回收代表介质：黑液、蒸汽、烘缸

热处理

典型工况：退火炉、淬火炉、回火炉代表介质：金属件、保护气、油液

制药 / 食品

典型工况：反应釜、灭菌釜、CIP 清洗代表介质：药液、蒸汽、清洗液

电子 / 半导体

典型工况：扩散炉、CVD、烧结炉代表介质：硅片、保护气、真空

环境 / 环保

典型工况：垃圾焚烧、烟气处理、生物质代表介质：飞灰、烟气、生物质颗粒

TECHNICAL SPECIFICATIONS

技术参数表

6.1 整机参数

6.2 保护管材质与温度

01
选型表

7.1 命名规则

典型命名规则

WR-K-316L-G1-1000-IP65-Hart

7.2 常用型号推荐

01
选型指南

8.1 选型步骤

8.2 典型工况推荐

8.3 选型注意事项

以上即为装配式热电偶完整技术总结。实际选型应综合工艺参数、介质物性、安装方式、生命周期成本等综合决策。

技术参数表 · 参数类别 / 参数名称对照查阅

参数类别	参数名称	规格
分度号	分度号	K / N / E / J / T / S / R / B，按 IEC 60584
测温范围	测温范围	200 ~ +1800 ℃，按分度号和护套决定
精度等级	精度等级	I 级 ±1.5 ℃ 或 ±0.4%t；II 级 ±2.5 ℃ 或 ±0.75%t
偶丝直径	偶丝直径	Φ0.5 / Φ1.0 / Φ1.5 / Φ2.0 / Φ3.0 mm
保护管材质	保护管材质	1Cr18Ni9Ti / 316L / 310S / Inconel 600 / GH3030 / 高铝瓷
绝缘材料	绝缘材料	高纯氧化铝 99% / 莫来石瓷珠 / 莫来石瓷管
接线盒	接线盒	压铸铝 / 不锈钢 / 工程塑料 IP65/IP68
接线端子	接线端子	陶瓷端子 / 镍镀层铜端子
过程连接	过程连接	螺纹 G1/G2、M27、NPT、法兰 DN25~100、卡套、活动法兰
插入深度	插入深度	100~3000 mm，可定制
响应时间	响应时间 t63	5~60 s（依保护管厚度 3~10 mm）
抗压强度	抗压强度	10~30 MPa（依护套规格）
防护等级	防护等级	IP55 / IP65 / IP67 / IP68
环境温度	环境温度	40 ~ +85 ℃（接线盒）
环境湿度	环境湿度	0~95% RH，无凝露
抗震性能	抗震性能	10~30 g，10~500 Hz
绝缘电阻	绝缘电阻	≥ 100 MΩ@100 V（偶丝对护套）
耐电压	耐电压	AC 500 V / 1 min
冷端补偿	冷端补偿	内补偿 / 外补偿 / 软件补偿（可选）
保护管外径	保护管外径	Φ8 / Φ12 / Φ16 / Φ20 / Φ25 mm
总长	总长	200~3500 mm，可定制
重量	重量	0.5~5 kg（视规格而定）
材质	最高耐温	特点	典型应用
1Cr18Ni9Ti	870 ℃	经济通用	一般工业
316L	925 ℃	耐酸碱腐蚀	化工 / 食品
310S	1030 ℃	高温抗氧化	加热炉 / 锅炉

技术参数表 · 材质 / 最高耐温对照查阅

材质	最高耐温	特点	典型应用
Inconel 600	1150 ℃	耐高温腐蚀	化工高温部件
GH3030	1100 ℃	高温合金	航空 / 燃气轮机
高铝瓷管	1700 ℃	超高温耐氧化	玻璃 / 高温炉

技术参数表 · 段位 / 代号对照查阅

段位	代号	含义
1	WR	装配式热电偶代号（Industry 工业）
2	K / E / J / N / S / B	分度号：K/E/J/N/S/B 等
3	316L / 310S / Inconel600	金属保护管材质
4	G1 / G2 / DN50	过程连接规格
5	1000 mm	插入深度 L（mm）
6	直 / 角 / 锥	安装结构形式
7	IP65 / IP68	防护等级
8	mV / 4-20mA / Hart / MODBUS	输出方式
9	Φ16 / Φ20	保护管外径（mm）
10	单支 / 双支	偶丝数量

技术参数表 · 序号 / 型号对照查阅

序号	型号	规格描述	典型应用
1	WR-K-316L-G1-1000-IP65- 4-20mA	K 型 / 316L / G1 / 1m / IP65 / 4-20mA	通用工业过程温度
2	WR-K-310S-DN50-IP65-Ha rt	K 型 / 310S / 法兰 DN50 / IP65 / Hart	火电锅炉蒸汽管道
3	WR-N-Inconel600-G2-150 0	N 型 / Inconel600 / G2 / 1.5m	高温氧化介质温度
4	WR-E-316L-M27-800-IP68	E 型 / 316L / M27 卡套 / 0.8m / IP68	制药反应釜温度
5	WR-K-321-G1-1000-Wirele ss	K 型 / 321 / G1 / 1m / 无线 Hart	不便布线区域温度
6	WR-S-高铝瓷-G2-2000	S 型 / 高铝瓷 / G2 / 2m	玻璃熔窑温度
7	WR-J-316L-G1-600-角型	J 型 / 316L / G1 / 0.6m / 角型 90°	还原气氛温度
8	WR-K-310S-活动法兰-1500 -IP67	K 型 / 310S / 活动法兰 / 1.5m / IP67	炼油装置温度
9	WR-K-Inconel600-DN80-双支-2000-PA	K 型 / Inconel600 / DN80 / 双支 / 2m / PROFIBUS-PA	多测点温度集成

技术参数表 · 步骤 / 选型考量对照查阅

步骤	选型考量
①	确认测温范围：最低温 / 最高温 → 选定分度号（K/E/J/N/S/R/B）
②	确认介质特性：腐蚀性、氧化性、还原性、流速
③	选择保护管材质：按介质腐蚀性和温度选 316L/310S/Inconel
④	确定插入深度：按管径 1/3~2/3 取值
⑤	选择过程连接：螺纹 / 法兰 / 卡套 / 活动法兰
⑥	选择安装结构：直型 / 角型 / 锥形 / 多点式
⑦	选择输出方式：mV / 4-20mA / Hart / MODBUS / 总线
⑧	确定防护等级：IP55 / IP65 / IP67 / IP68
⑨	选择偶丝数量：单支 / 双支（冗余 / 平均温度）
⑩	核算寿命成本：综合采购 + 维护 + 停机损失

技术参数表 · 工况 / 温度对照查阅

工况	温度	介质	推荐分度号	推荐护套
火电锅炉过热器	540~5 70	高温蒸汽	K	310S
石化反应器	300~5 20	油气 + 催化剂	K	Inconel600
冶金加热炉	900~1 200	钢坯 + 炉气	S	高铝瓷
玻璃熔窑	1200~ 1500	玻璃液 + 烟气	S / R	高铝瓷
水泥回转窑	1300~ 1450	熟料 + 烟气	S / B	高铝瓷
造纸蒸煮器	150~1 80	黑液 + 蒸汽	K / E	316L
制药灭菌釜	110~1 25	药液 + 蒸汽	E / K	316L
热处理炉	700~9 50	金属件 + 保护气	K / N	310S
食品灭菌	80~95	CIP 清洗液	E / K	316L 卫生级

技术参数表 · 工况 / 温度对照查阅

工况	温度	介质	推荐分度号	推荐护套
半导体扩散	800~1 100	硅片 + 保护气	N / K	高纯氧化铝
序号	注意事项
1	测温范围应预留 ±10% 余量，避免长期处于满量程
2	强腐蚀介质应优先选 Inconel600 / 哈氏合金护套
3	还原气氛首选 J 型，避免 K/N 型氧化漂移
4	必须使用对应分度号的补偿导线，不可混用普通铜线
5	强振动场合不建议装配式，建议铠装或贴片式
6	接线盒防护等级应 ≥ 现场环境防护等级一个等级
7	定期校准：建议每 6~12 个月用标准热电偶现场比对
8	运输安装需特别注意：瓷绝缘子易碎，避免跌落冲击
9	避免冷端温度剧烈波动，否则需冷端恒温或软件补偿
10	强电磁环境建议选配屏蔽补偿导线或一体化变送器

Models

装配式热电偶 · 型号产品

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共 2 个型号

标准型

WRN-230A 装配式热电偶

型号 WRN-230A

装配式热电偶标准型，装配式结构，安装灵活。符合国家计量检定规程与相关行业标准，适用于工业过程测量与控制现场。

增强型

WRN-230B 装配式热电偶

型号 WRN-230B

装配式热电偶增强型，装配式结构，安装灵活。符合国家计量检定规程与相关行业标准，适用于工业过程测量与控制现场。

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