Technical Summary

耐磨热电偶

Wear-耐磨热电偶Wear-Resistant 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，系统介绍耐磨热电偶的测量原理、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，了解耐磨热电偶的技术特点与选型要点。

TECHNICAL GUIDE

概述

（Wear-Resistant Thermocouple）是在普通热电偶基础上专门强化了抗冲刷、抗磨损、抗机械冲击能力的一类工业测温仪表。其测量端外层通常采用钨钴合金（YG6/YG8）、碳化铬、碳化硅、氧化铝或氧化锆陶瓷等超硬耐磨材料，并在金属护套与耐磨端帽之间增加堆焊/喷涂过渡层，可长期工作在含有高硬度颗粒、强冲刷气固两相流的工况下。

起源于上世纪 80 年代欧美电力行业对锅炉一次风管、粉煤灰输送管道等强磨损工况测温的需求，最初仅作为金属护套热电偶外加堆焊端帽的简单形式。经过四十余年发展，逐步形成了以 YG类硬质合金、复合陶瓷和表面喷涂技术为核心的现代耐磨热电偶体系。

主要技术特点

Wear-

概述 · 序号 / 特点对照查阅

序号	特点
1	端帽硬度高：HRC 60~80，可承受高硬度颗粒冲刷
2	抗磨损能力强：相同工况下寿命较普通热电偶高 5~20 倍
3	响应速度合理：通过端帽厚度调节响应时间 1~30 s
4	测温范围宽：-200~+1700 ℃，覆盖中高温绝大部分工况
5	结构坚固：金属护套可承受 10~50 MPa 抗冲击
6	兼容性强：可与 K/E/J/N/S/R/B 等多种分度号偶丝配套
7	互换性好：标准接线盒与安装螺纹，替换维护方便
8	可扩展通讯：配套变送器支持 Hart / MODBUS / PROFIBUS

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。

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，常用表达式为多项式：E(t) = c0 + c1·t + c2·t² + c3·t³ + … + cn·t^n

2.2 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：

2.3 耐磨复合护套原理

的关键是在测量端采用"内层金属护套 + 中间过渡层 + 外层超硬端帽"的复合结构：① 内层金属护套（310S / 316L / Inconel 600）—— 提供强度、抗氧化和密封；

②过渡层（钴基合金堆焊/等离子喷涂NiCr-Cr3C2）——释放热应力、隔离异种金属膨胀差异，防止端帽脱落；

③ 外层端帽（YG6、YG8、碳化铬、碳化硅、氧化铝）—— 直接承受颗粒冲刷和摩擦，硬度可达HRC 75~85。

2.4 工作流程

Wear-Wear-

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

工作原理 · 步骤 / 动作对照查阅

步骤	动作
①	现场温度 → 测量端偶丝焊接点 → 产生热电势 E(T, T0)
②	热电势经矿用/屏蔽补偿导线 → 延伸至冷端
③	冷端 PN 结测温 → 与 E(T,T0) 一同送变送器/数显表
④	变送器按 IEC 60584 分度表换算 → 显示 / 输出温度
⑤	4-20 mA / Hart / 总线信号 → 送至 DCS / PLC 记录控制
⑥	若超出量程 / 断偶 / 反接 → 触发报警并送故障信号

工作原理 · 步骤 / 动作对照查阅

步骤	动作
⑦	耐磨端帽持续抵抗颗粒冲刷 → 寿命到期更换护套/端帽

PRODUCT STRUCTURE

产品结构

3.1 主要结构部件

3.2 耐磨端帽类型

3.3 输出方式

Wear-Wear-

优缺点分析

4.1 主要优点

4.2 主要缺点

Wear-

测量端偶丝

功能描述：A/B 双电极感温核心常用材质/规格：K/E/J/N/S/B 分度号

绝缘管

功能描述：隔离正负极，避免短路常用材质/规格：高纯氧化铝 99%/氧化镁

内护套管

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

过渡层

功能描述：释放应力，防止端帽脱落常用材质/规格：钴基堆焊 / 等离子喷涂

耐磨端帽

功能描述：直接接触物料抗磨损常用材质/规格：YG6/YG8/碳化铬/陶瓷

金属外套

功能描述：整体防护、抗压抗弯常用材质/规格：304/316L/321 不锈钢

接线盒

功能描述：冷端补偿、信号转接常用材质/规格：铝合金 / 不锈钢 / 工程塑料

接线端子

功能描述：补偿导线接入常用材质/规格：镍镀层铜端子 / 陶瓷端子

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

冷端变送器

功能描述：信号放大、线性化、输出常用材质/规格：一体化 4-20mA + Hart

密封头 / 格兰头

功能描述：电缆引入密封 IP68 常用材质/规格：防水接头 / 防爆填料函

铭牌 / 标志

功能描述：分度号、量程、厂家信息常用材质/规格：不锈钢蚀刻 / 激光打标

类型

部件名称：结构特点功能描述：硬度 HRC 常用材质/规格：适用工况

钨钴合金 YG6

部件名称：钴基粘结 WC，标准型端帽功能描述：70~75 常用材质/规格：电力锅炉、煤粉输送

钨钴合金 YG8

部件名称：钴含量更高，韧性更佳功能描述：75~80 常用材质/规格：高硬度颗粒、强冲刷

碳化铬喷涂

部件名称：等离子喷涂碳化铬层功能描述：60~70 常用材质/规格：水泥生料、矿粉管道

碳化硅陶瓷

部件名称：SiC 烧结陶瓷，可耐 1700 ℃ 功能描述：80+（HV）常用材质/规格：高温、强磨损、腐蚀

氧化铝陶瓷

部件名称：Al2O3 烧结陶瓷，化学惰性功能描述：HV 1500 常用材质/规格：高温耐腐、抗氧化

氧化锆陶瓷

部件名称：ZrO2 韧性陶瓷，抗热震功能描述：HV 1200 常用材质/规格：急冷急热、高温熔体

堆焊合金

部件名称：钴基/镍基堆焊修复层功能描述：55~65 常用材质/规格：一般磨损场合、可现场修复

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

信号形式：环路供电，叠加 HART 负载能力：RL ≤ (V-12)/0.02 典型应用：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

无线 Hart

信号形式：WirelessHART 2.4 GHz 负载能力：电池供电典型应用：不便布线区域

1

优点：抗磨损能力极强：端帽 HRC 60~80，寿命较普通热电偶高 5~20 倍

2

优点：耐高温性能优异：可在 -200~+1700 ℃ 全量程稳定工作

3

优点：响应速度合理：端帽厚 3~10 mm，t63 1~30 s 可调

4

优点：抗机械冲击：可承受 10~50 MPa 颗粒流冲刷

5

优点：结构坚固耐用：金属护套抗压、抗弯、抗震

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：互换性强：标准接线盒、过程连接，替换维护方便

8

优点：可远程组态：配套 Hart/总线变送器，支持远程诊断

9

优点：可维修：端帽可单独更换，无需更换整支热电偶

缺点与使用限制

1

缺点：响应速度慢：相比裸丝热电偶，响应时间延长 3~10 倍

2

缺点：价格较高：硬质合金/陶瓷端帽较普通合金贵 5~15 倍

3

缺点：重量偏大：金属护套 + 端帽较重，弯曲安装受限

4

缺点：不能长期超量程：超温会加速端帽氧化和脱落

5

缺点：需要冷端补偿：补偿不当会带来 ±1~3 ℃ 系统误差

6

缺点：补偿导线成本：专用补偿导线比普通导线贵 3~8 倍

7

缺点：安装要求高：需严格密封、对中、防偏磨

8

缺点：维修需专业人员：端帽装配需专用工具和工艺

APPLICATIONS

应用领域

因兼具耐温和耐磨损双重特性，广泛应用于以下工况

5.1 典型应用案例

① 某 600MW 超临界机组一次风管

原用普通 K 型热电偶平均寿命 7 天，改用 YG8端帽耐磨热电偶后寿命延长至 6 个月以上，年节约热电偶采购成本约 80 万元；

② 某大型水泥窑窑尾烟室

温度 850~1100 ℃、含熟料粉尘冲刷，采用碳化硅端帽 + Inconel 600护套的 N 型耐磨热电偶，连续运行 12 个月测量稳定，控温波动 ±5 ℃；

③某城市垃圾焚烧炉炉膛

850~1050℃、含氯腐蚀和飞灰磨损，采用氧化铝陶瓷端帽耐磨热电偶，6 个月无需更换；

④ 某煤化工粉煤加压输送管线

压力 4.0 MPa、温度 350 ℃，采用钴基堆焊端帽 K 型热电偶配 Hart变送器，远程组态准确读取；

⑤ 某铁矿选矿厂精矿输送管道

矿浆流速 3 m/s、温度 60 ℃，采用 YG6端帽耐磨热电偶，寿命较普通 K 型提升 8 倍。

Wear-

电力 / 火电

典型工况：锅炉一次风管、煤粉输送管道代表介质：煤粉、粉煤灰、飞灰

水泥 / 建材

典型工况：水泥窑、生料磨、煤粉制备代表介质：水泥生料、熟料、煤粉

冶金 / 钢铁

典型工况：高炉喷煤、烧结料仓代表介质：矿粉、焦粉、石灰石

化工 / 化肥

典型工况：流化床反应器、催化剂再生代表介质：催化剂颗粒、合成气粉尘

矿山 / 选矿

典型工况：精矿输送、尾矿管线代表介质：铁精矿、铜精矿、尾矿砂

垃圾焚烧

典型工况：炉膛温度、烟气温度代表介质：飞灰、垃圾颗粒、熔渣

生物质发电

典型工况：生物质锅炉给料、回料代表介质：秸秆颗粒、木屑、稻壳

玻璃 / 玻纤

典型工况：玻璃熔窑、配合料输送代表介质：玻璃粉、配合料、纯碱粉

造纸 / 制浆

典型工况：黑液浓缩、树皮锅炉代表介质：黑液固体、树皮碎屑

油气 / 煤化工

典型工况：煤气化、粉煤加压输送代表介质：煤粉、合成气固体颗粒

TECHNICAL SPECIFICATIONS

技术参数表

6.1 整机参数

6.2 耐磨等级与寿命

Wear-Wear-

01
选型表

7.1 命名规则

典型命名规则

WR-K-310S-G1-1000-IP68-Hart

7.2 常用型号推荐

Wear-

01
选型指南

8.1 选型步骤

8.2 典型工况推荐

Wear-

8.3 选型注意事项

以上即为耐磨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 / E / J / N / S / R / B，可指定
测温范围	测温范围	200 ~ +1700 ℃，按分度号和材质决定
精度等级	精度等级	I 级 ±1.5 ℃ 或 ±0.4%t；II 级 ±2.5 ℃ 或 ±0.75%t
耐磨端帽	耐磨端帽	YG6/YG8/碳化铬/碳化硅/氧化铝/氧化锆/堆焊
端帽硬度	端帽硬度	HRC 55~80 / HV 1200~1800
内护套材质	内护套材质	316L / 310S / 321 / Inconel 600 / GH3030
金属外套	金属外套	304 / 316L / 321 / 不锈钢衬陶瓷
绝缘材料	绝缘材料	氧化铝 99% / 氧化镁 / 高纯氧化铍
接线盒	接线盒	铝合金 / 不锈钢 / 工程塑料 IP65/IP68
过程连接	过程连接	螺纹 G1/G2、NPT、法兰 DN25~100、卡套
插入深度	插入深度	100~3000 mm，可定制
响应时间	响应时间 t63	1~30 s（依端帽厚度 3~10 mm）
抗压强度	抗压强度	10~50 MPa（依端帽规格）
防护等级	防护等级	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	20~50 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
抗冲击电流	抗冲击电流	≤ 1 A（断偶报警外接）
防爆等级	防爆等级（可选）	Ex d IIC T6 / Ex tD A21（隔爆型）
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	0.5~6 kg（视规格而定）

技术参数表 · 磨损等级 / 端帽工艺对照查阅

磨损等级	端帽工艺	硬度	预期寿命	适用工况
轻度磨损	钴基堆焊 / NiCr-Cr3C2 喷涂	HRC 55~60	6~12 个月	少量颗粒、低流速 (<5 m/s)）
中度磨损	碳化铬喷涂 / YG6 端帽	HRC 65~75	3~6 个月	煤粉、矿粉、中等冲刷
重度磨损	YG8 端帽 / 复合陶瓷	HRC 75~80	1~3 个月	高硬度颗粒、强冲刷
极端磨损	碳化硅陶瓷 / 复合超硬	HV 1500+	1~2 个月	飞灰、矿渣、强冲蚀
高温耐腐	氧化铝陶瓷 + 哈氏合金	HV 1500	2~6 个月	高温 + 腐蚀 + 磨损复合

技术参数表 · 段位 / 代号对照查阅

段位	代号	含义
1	WR	耐磨型代号（Wear-Resistant）
2	K / E / N / S	分度号：K/E/N/S 等
3	316L / 310S / Inconel600	金属护套材质
4	YG6 / YG8 / SiC / Al2O3	耐磨端帽类型
5	G1 / G2 / DN50	过程连接规格
6	1000 mm	插入深度 L（mm）
7	IP65 / IP68	防护等级
8	mV / 4-20mA / Hart / MODBUS	输出方式
9	Exd / Exi	防爆类型（可选）
10	Φ16 / Φ20	保护管外径（mm）

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-310S-YG8-G1-1000- IP68-Hart	K 型 / 310S / YG8 端帽 / G1 螺纹 / 1m / IP68 / Hart	锅炉一次风管温度
2	WR-K-Inconel600-YG6-DN 50-IP68-4-20mA	K 型 / Inconel600 / YG6 / 法兰 DN50 / 4-20mA	水泥窑烟室温度
3	WR-N-SiC-Al2O3-G2-1500 -IP67	N 型 / SiC 端帽 / Al2O3 内衬 / G2 / 1.5m	高温耐磨腐蚀介质
4	WR-E-316L-Cr3C2-G1-800 -IP68	E 型 / 316L / Cr3C2 喷涂 / G1 / 0.8m	化工粉料温度
5	WR-K-321-YG6-G1-1000-E xdIIC	K 型 / 321 / YG6 / 1m / 隔爆 ExdIIC T6	煤矿瓦斯抽采温度
6	WR-K-GH3030-Al2O3-G2- 2000	K 型 / GH3030 / Al2O3 陶瓷 / G2 / 2m	垃圾焚烧炉温度
7	WR-S-Inconel600-YG8-DN 80-1500	S 型 / Inconel600 / YG8 / DN80 / 1.5m	高温合金熔体温度
8	WR-K-316L-堆焊-G1-600-I P68-Wireless	K 型 / 316L / 堆焊端帽 / G1 / 0.6m / 无线 Hart	不便布线区域粉料温度

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/N/S/R/B）
②	确认介质特性：颗粒硬度、浓度、流速、腐蚀性
③	选择耐磨端帽：按介质硬度和流速对照 6.2 节磨损等级表
④	选择护套材质：按介质腐蚀性和温度选 316L / 310S / Inconel
⑤	确定插入深度：按管径 1/3~2/3 取值，预留端帽厚度
⑥	选择过程连接：螺纹 / 法兰 / 卡套，按安装空间和压等级
⑦	选择输出方式：mV / 4-20mA / Hart / MODBUS / 无线
⑧	确定防护等级：IP65 / IP67 / IP68，依环境湿度/粉尘
⑨	选择防爆等级：隔爆 Exd / 本安 Exi，按工况危险分区
⑩	核算寿命成本：综合采购 + 维护 + 停机损失，按 LCC 选型

技术参数表 · 工况 / 温度对照查阅

工况	温度	介质	推荐分度号	推荐端帽
锅炉一次风管	200~4 00	煤粉 + 飞灰	K	YG8
水泥窑尾烟室	850~1 100	熟料粉尘	N	SiC
高炉喷煤管	80~15 0	煤粉 + 烟气	K	YG6
流化床反应器	300~7 00	催化剂颗粒	K	YG8
精矿输送管	40~80	铁精矿浆	K	YG6
垃圾焚烧炉膛	850~1 050	飞灰 + 氯气	N	Al2O3
生物质锅炉	400~8 00	秸秆 + 飞灰	K	Cr3C2
玻璃熔窑	1200~ 1500	玻璃液 + 粉尘	S / R	SiC
煤气化炉	300~9 00	煤粉 + 合成气	K	YG8

技术参数表 · 工况 / 温度对照查阅

工况	温度	介质	推荐分度号	推荐端帽
催化剂再生	350~5 00	催化剂颗粒	E / K	YG8
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导致端帽氧化
2	颗粒流速 > 10 m/s 时，建议端帽倾斜安装（与流向成 30°~45°）
3	强腐蚀场合优先选 Inconel600 / 哈氏合金护套 + 陶瓷端帽
4	响应时间要求 < 5 s 时，建议端帽厚度 ≤ 5 mm
5	必须使用对应分度号的补偿导线，不可混用普通铜线
6	接线盒防护等级应 ≥ 现场环境防护等级一个等级
7	危险区域务必选隔爆型 / 本安型，并核对防爆等级证书
8	定期校准：建议每 6~12 个月用标准热电偶现场比对
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

耐磨热电偶 · 型号产品

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共 2 个型号

标准型

WRN-230NM 耐磨热电偶

型号 WRN-230NM

耐磨热电偶标准型，耐磨型热电偶，适用高流速工况。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-440NM 耐磨热电偶

型号 WRN-440NM

耐磨热电偶增强型，耐磨型热电偶，适用高流速工况。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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