钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别
钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别
扫描式电子显微镜，其系统设计由上而下，由电子枪 (Electron Gun) 发射电子束，经过一组磁透镜聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后，用遮蔽孔
径 (Condenser Aperture) 选择电子束的尺寸(Beam Size)后，通过一组控制电子束的扫描线圈，再透过物镜 (Objective Lens) 聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，用以择取二次电子 (Secondary Electron) 或背向散射电子 (Backscattered Electron) 成像。
电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布 (Energy Spread) 要小，目前常用的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission)，不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。
热游离方式电子枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种，它是利用高温使电子具有足够的能量去克服电子枪材料的功函数
(work function)能障而逃离。对发射电流密度有重大影响的变量是温度和功函数，但因操作电子枪时均希望能以最低的温度来操作，以减少材料的挥发，所以在操作温度不提高的状况下，就需采用低功函数的材料来提高发射电流密度。
价钱最便宜使用最普遍的是钨灯丝，以热游离 (Thermionization) 式来发射电子，电子能量散布为 2 eV，钨的功函数约为 4.5eV，钨灯丝系一直径约100μm，弯曲成 V 形的细线，操作温度约 2700K，电流密度为 1.75A/cm2，在使用中灯丝的直径随着钨丝的蒸发变小，使用寿命约为 40~80 小时。
六硼化镧(LaB6)灯丝的功函数为 2.4eV，较钨丝为低，因此同样的电流密度，使用 LaB6 只要在 1500K 即可达到，而且亮度更高，因此使用寿命便比钨丝高出许多，电子能量散布为 1 eV，比钨丝要好。但因 LaB6 在加热时活性很强，所以必须在较好的真空环境下操作，因此仪器的购置费用较高。
场发射式电子枪则比钨灯丝和六硼化镧灯丝的亮度又分别高出 10 -
100 倍，同时电子能量散布仅为 0.2 - 0.3 eV，所以目前市售的高分辨率扫描式电子显微镜都采用场发射式电子枪，其分辨率可高达 1nm 以下。
目前常见的场发射电子枪有两种:冷场发射式(cold field emission , FE)，热场发射式(thermal field emission ,TF) 当在真空中的金属表面受到
108V/cm 大小的电子加速电场时，会有可观数量的电子发射出来，此过程叫做场发射，其原理是高电场使电子的电位障碍产生 Schottky 效应，亦即使能障宽度变窄，高度变低，因此电子可直接"穿隧"通过此狭窄能障并离开阴极。场发射电子系从很尖锐的阴极尖端所发射出来，因此可得极细而又具高电流密度的电子束，其亮度可达热游离电子枪的数百倍，或甚至千倍。
场发射电子枪所选用的阴极材料必需是高强度材料，以能承受高电场所加诸在阴极尖端的高机械应力，钨即因高强度而成为较佳的阴极材料。场发射枪通常以上下一组阳极来产生吸取电子、聚焦、及加速电子等功能。利用阳极的特殊外形所产生的静电场，能对电子产生聚焦效果，所以不再需要韦氏罩或栅极。第一(上)阳极主要是改变场发射的拔出电压(extraction voltage)，以控制针尖场发射的电流强度，而第二(下)阳极主要是决定加速电压，以将电子加速至所需要的能量。
要从极细的钨针尖场发射电子，金属表面必需完全干净，无任何外来材料的原子或分子在其表面，即使只有一个外来原子落在表面亦会降低电子的场发射，所以场发射电子枪必需保持超高真空度，来防止钨阴极表面累积原子。由于超高真空设备价格极为高昂，所以一般除非需要高分辨率 SEM，否则较少采用场发射电子枪。
冷场发射式最大的优点为电子束直径最小，亮度最高，因此影像分辨率最优。能量散布最小，故能改善在低电压操作的效果。为避免针尖被外来气体吸附，而降低场发射电流，并使发射电流不稳定，冷场发射式电子枪必需在 10-10 torr 的真空度下操作，虽然如此，还是需要定时短暂加热针尖至 2500K(此过程叫做 flashing)，以去除所吸附的气体原子。它的另一缺点是发射的总电流最小。
热场发式电子枪是在 1800K 温度下操作，避免了大部份的气体分子吸附在针尖表面，所以免除了针尖 flashing 的需要。热式能维持较佳的发射电流稳定度，并能在较差的真空度下(10-9 torr)操作。虽然亮度与冷式相类似，但其电子能量散布却比冷式大 3~5 倍，影像分辨率较差，通常较不常使用。
扫描电子显微镜之--电子枪结构原理及重要参数
SEM--基础2010-06-21 14:10:42 阅读114 评论0 字号：大中小订阅
DEMA驰奔编辑
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电子枪是扫描电子显微镜电子光学系统主要部件之一，从电子枪阴极（灯丝）发射的电子，在加速电场（静电透镜）中汇聚形成的第一个最小光斑称作电子源，电子源是作为电磁透镜成像系统的“物”而存在，电子源可被电磁透镜放大和缩小（扫描电镜电磁透镜，按照高斯成像规则，对电子源进行缩小），电子源的亮度和电子能量分散是电镜电子枪的两个重要性能指标。在一定加速电压下，决定电子源亮度和能量分散的主要因素是电子枪阴极发射材料，发射方式和发射温度。
目前扫描电镜电子枪的发射材料主要有：钨、LaB6，YB6，TiC 或ZrC 等制造，其中W、LaB6应用
最多
发射方式主要为：热发射，场发射
发射温度: 常温300K（冷场发射），1500K-1800K (热场发射、肖特基Schottky热发射)，1500K-2000K
（LaB6热发射），2700K( 发叉式钨丝热发射）
一、阴极发射基本原理简介：
电子枪提供一个稳定的电子源，以形成电子束，通常需要所谓的热发射过程从电子枪阴极获得这些电子。足够高的温度使得一定百分比的电子具有充分的能量E,以克服阴极材料的功函数Ew，而从阴极发射出。
Ef为费米能级。
金属中做着热运动的自由电子，其动能呈麦克斯韦分布。
1、随着温度升高，能量分散，即能量分布半高宽加宽。E半高宽=2.45kT
不同电子枪灯丝工作能量分散最低值：钨灯丝：3000K，1.014ev 六硼化镧：1500K 0.507 场
发射：300K 0.1014
2、随着温度升高，分布向高能端移动，有机会脱离金属材料的自由电子数量增加，就会有更多的电子具有
足以克服势垒的动能，只要方向合适，就会脱离金属出射。
自由电子金属热出射遵循李查德森规律：表面电流密度与温度和势垒（功函数）的关系。
A 为与电子发射材料有关的常数
T为阴极材料的绝对温度(K)
发射电流密度与金属温度T的平方和指数来体现，T在指数的影响更大。电流密度会随着温度提高急剧增
加。
功函数的影响在指数项的分母处，所以对发射也有决定性影响。每减小0.1ev的功函数，将使表面电流密
度提高1.5倍。
（一）、阴极热发射：选择阴极材料，要求功函数小，而且融点高。
最常用的阴极材料是钨丝, 融点是3650K，功函数4.5ev（功函数与晶体取向有关，单晶310为4.2ev），2500-2800K有较强的的电流发射密度（1-2A/cm?）。钨丝阴极特点是稳定，制备工艺简单，应用十分广
泛。
六硼化镧：更为理想的阴极材料。功函数2.0-2.7ev，平均为2.4ev，（和晶体取向有关，110面为最佳取向2.0ev）在1500-2000K时能够工作。1500K的六硼化镧表面电流密度与钨灯丝3000K表面电流密度相
当。2000K六硼化镧表面电流密度为100A/cm?。
优点，1）、蒸发速率下降，可以获得更长的寿命2）、从电子束亮度极大值Langmuir公式可以看出，当表面电流密度和加速电压相同的时候，那么1500K六硼化镧的亮度是3000K钨灯丝亮度的两倍。
缺点：六硼化镧的化学活性很强，在加热时很容易和几乎所有元素形成化合物，这种情况发生，阴极会“中毒”，发射效率急剧下降。因此对真空要求比钨丝高，需要溅射离子泵。在较低真空中，表面会形成紫色氧化物，影响性能。制造工艺复杂。以上两种可以克服的缺点提高了扫描电镜造价。
六硼化镧细小颗粒粉末（约为5μm），热压烧结成杆，发射端磨成半径只有几个μm的尖端，一般只一个颗粒，工作时这个颗粒温度最高，因蒸发逐渐被侵蚀，相邻的一个颗粒则变成发射体。六硼化镧的功函数与反射体的结晶取向有关，尖端的这种随机变化，将引起电子枪周期性波动。
在发射的时候，由于有高偏压，六硼化镧电子枪也存在肖特基效应，但效应较低，有实验测量使得功
函数降低至多0.1ev。
六硼化镧的加热方式：1）、旁热电阻丝加热，前端加热，后端冷却。专用的电子枪。2）、直热式，用石墨片夹持，由于需要的六硼化镧很小，采用单晶六硼化镧，这样只要更换一个栅极帽，就可以和钨灯
丝栅极帽互换使用。
六硼化镧没有明显的饱和点，第一次安装，要自我激活。
交叉斑的电流密度分布为高斯分布
（二）、阴极场发射原理, 以及由此演化的三种不同类型的电子枪。肖特基热发射、冷场发射、热场发射
肖特基效应：
发射体前电子的势能曲线V（z），外加电场-e I E I z，电子的势能曲线。实际增加外电场的主要途径是减小阴极的曲率半径，发叉式钨丝阴极为100微米，六硼化镧阴极约为5微米，肖特基热场发射阴极（单晶六硼化镧或者ZrO/W)为小于1微米，冷场发射阴极小于100nm。
1）、外电场可以忽略不计，曲线A，例如发叉式钨灯丝阴极。
2）、外电场增加，如曲线B,表现为势垒高度降低，因而能够提高发射电流密度，就是所谓的肖特基效应。只有外电场增加到10五次方V/cm以上，肖特基效应才明显。例如：六硼化镧热发射阴极，肖特基热场发射阴极（单晶六硼化镧材料，表面覆氧化锆单晶钨扩展的肖特基场发射阴极）
3）、进一步增加外电场强度，如曲线C，不仅势垒高度进一步降低，而且势垒的宽度显著变窄，当势垒宽度小于10nm，量子隧道效应成为发射的主导机制。这时处于室温，大多数电子的动能不足以克服已经降低了的势垒，但可以穿透势垒。由于在费米能级处有大量的自由电子，结果发射电流密度很大--所谓的冷
场发射，发射本质是量子隧道效应。
量子隧道效应发射电流密度服从Fowler-Nordheim定律。
当外电场I E I 超过10九次方V/m时，发射电流密度10000-1000000A/cm?。冷场阴极曲率半径小于
100nm，发射面积很小，一般总的发射电流1-10微安
冷场发射阴极尖的气体吸附会影响功函数，并引起发射电流波动。提高电子枪室的真空度，10的负8Pa，可以降低气体的吸附速率，但无法避免，对发射尖端进行瞬间加热到2000℃以上（flash），将会有效的脱
气。低于10负8Pa，针尖很快损坏。
下图是日本日立冷场发射扫描电镜电子枪阴极操作说明。
8-12小时必需进行Flash脱气恢复，然后需要等待30分钟，发射束流才会相对稳定。
冷场发射电子枪阴极，采用310单晶钨，功函数4.2ev，腐蚀成冷场发射阴极针尖，曲率半径小于100nm
4）、基于冷场发射，总的发射束流小，稳定度差，气体吸附需要超高真空和每天Flash的一些缺点，采用折中方法的是热场发射，发射体加热到1500K,这要求阴极尖端直径较粗，但比肖特基阴极针尖曲率半径小，从而使得外电场强度略低于冷场发射。发射机制是隧道电流效应+热发射，集合了部分冷场场发射的优点，同时避免气体吸附效应，因而可在较差的高真空条件下工作。ZrO/w在1800K和10负7次方Pa真空条件下,发射性能和冷场不相上下。发射束流更高，更稳定。分辨率稍微有一点点差，但作为多功能分析
的使用价值远远高于冷场发射。
二、电子枪的电子源: 第一交叉斑直径do
从电子枪阴极发射的电子束，在静电透镜中聚焦形成的“第一交叉斑”，常常被称作电子源。其直径为do，一般为20μm~100μm，和加速电压形成的静电场强大小有关。电子源是电磁透镜（聚光镜，物镜）进行聚焦成像的“物”而存在，经过三级电磁透镜缩小，成为具有纳米尺度的微小电子束斑，用于揭示微小区
域物质信息。
1、热发射电子枪电子源
1）、发叉式钨灯丝电子枪
电子源do=50μm--钨灯丝电子枪结构原理示意图（直接通入灯丝电流加热）2）、六硼化镧热发射电子枪：
（旁热式：用加热线圈加热，被淘汰）现在普遍采用直接加热，可以与钨灯丝互换。
六硼化镧电子枪结构示意图
原理和发叉式钨灯丝相同。电子源Crossover 直径为10微米-20微米。
3）、肖特基热发射电子枪
肖特基热发射电子枪结构原理图电子源为虚源，由于能量热分散，直径为50-100nm
2、场发射电子源
六硼化镧热发射阴极和热场发射阴极
场发射阴极焊接在发叉式钨丝上，给热场阴极ZrO/W加热，到1800K，热场发射阴极曲率半径约为300nm，
可以给冷场阴极W单晶，Flash。
1）、热场发射电子源（虚源）直径20nm
2）、冷场发射电子源（虚源）直径为5nm
肖特基热发射和场发射（冷场、热场），电子枪结构相同，只是发射机理油差异，因此有很多共性。
束流和束斑直径的关系，传统热发射电子束流和直径的8/3次方成正比，肖特基热发射和场发射电子束流和束斑直径的2/3次方成正比。100nm以下的束斑尺寸或者10nA以下的束流，场发射具有比热发射好的亮度，如果进一步加大束斑尺寸，场发射亮度将不如普通热发射。由于场发射SEM电子探针电流在nA-pA 之间，当束流保持在nA级别时，束斑直径就已经非常小，因此非常适合在低加速电压条件下获得优越的
分辨。
三、电子源的亮度。
电子束几何光柱示意图。
电子源的平均电流密度为：
电子源的孔径角为a，
单位立体角中的电流密度是电子枪最重要的性能参数，被称为电子束的亮度：
好的电子源胜过好的电磁透镜系统。
β=(电流)/【（面积）*（立体角）】
Langmuir(1937年）指出，对于高电压来说，电子束亮度的极大值为
βo＝Jk（eVo /πkT）
Jk－阴极发射电流密度；
Vo－电子枪的加速电压；
k－玻尔兹曼常数；
T－阴极发射的绝对温度；
e－电子电荷。
由电磁透镜组成的电子光学系统中，电子束的斑直径可以放大和缩小，束的张角也可以变化，但只要电子的能量不变，电子束的亮度总保持恒定。在电子光学系统中，任何位置电子束斑的电流密度J为。
结论：
1、对于热发射，阴极材料的功函数越低，电子枪阴极的温度越高，电子枪的加速电压越高，电子源的亮
度越高。
2、对于场发射，除了与热发射具有共性以外，外加电场越高，亮度越高，主要赖于阴极针尖曲率半径，
电子枪的像差等。
参数粗略比较: 没有给出热场发射扫描电镜参数。以下给出的肖特基FE数据完全是热发射，
四、自给偏压发叉式钨灯丝电子枪可调节参数:
在预定加速电压下，影响主要参数有：灯丝温度T，栅极偏压Vg，灯丝高度h和栅极孔直径d，总的电子
束电流Ib。
目的是选择参数T Vg h d,使得束流在尽量小的情况下达到电子枪的最大亮度。
1、灯丝温度Tc：由于灯丝的发射电流密度随温度的提高而急剧增长，所以提高灯丝温度是提高亮度的最简单直接的方法。温度的提高会遇到灯丝表面由于堆集而产生的空间电荷，会抑制发射的增加。高亮度电子枪都必须采用尖状阴极以提高阴极表面的电位梯度，消除空间电荷。提高温度的最终限制是灯丝寿命。温度提高，增加了电子的热噪音，电子能量分散增加,增加了电子透镜的色差。
2、栅极偏压Vg：灯丝、栅极串联和阳极之间产生加速电场。加速电场只有通过栅极的小孔才能到达灯丝。但在灯丝和栅极之间加一个可变电阻，这样当电子发射后，在灯丝和栅极之间形成了偏压。这个偏压的存在，使得灯丝的电势比栅极的电势高，起到抑制灯丝电子发射的作用，引入了灯丝发射负反馈机
制。随着灯丝温度升高，发射束流增加，偏压随之增加，灯丝和栅极之间的电场加大，灯丝尖端的电子束的发射面积减小，发射束流增幅降低，直到增加灯丝温度，束流发射不再增加，这时候实现灯丝发射饱和。
这时候的电子枪亮度是在这个条件下的最大值。
偏压Vg是靠偏压电阻，在束流发射条件下实现的，偏压Vg随电子枪发射电子束流的变化而改变。发射束流减小，偏压减小，灯丝发射面积增大，从而提高了束流发射；发射束流增大，偏压增大，灯丝发射面积减小，束流随之减小。偏压起到稳定电子束流在一定小范围内自动调节的功能。
偏压电阻可调：在偏压电阻一定时，实现了电子枪饱和，再增加灯丝温度，灯丝发射束流基本不变。
亮度还可能会下降，
3、灯丝高度h 和栅极孔直径d：为了克服空间电荷，我们必须设法提高阴极表面电场强度，为了降低束流，我们必须同时减小发射面积。因此应使用尽量小的灯丝高度h，让灯丝尽量往外突，同时采用尽
量小的栅极孔径，或者尽量高的偏压.
降低灯丝到栅帽的距离h，减小栅极光阑直径，有利于电子枪实现更高的亮度，即是可以在更高的灯丝温度下实现接近理论值的最大亮度。而大的工作距离和大的栅极直径，却很难达到理论最大亮度。
亮度的提高，以牺牲灯丝寿命为代价，大多数扫描电镜h可调节; 栅极孔径过小，对中和灯丝变形难度加大,一般d已经设计成最佳尺寸，操作者不可调节。
4、总电子束电流i-beam：Boersch效应：当较大的束流被压缩在一个小空间中，（例如三级电子枪中的电子束交叉点），由于电子之间的距离较近，电子与电子之间的相互作用会加剧电子的能量分散。热发射的初速能量分散只有0.35ev，但Boersch效应使它增至1-2ev。束流越大能量分散也随之增大，所以在要求低能量分散的场合，把电子强的总束流减小到一定程度，是有益的。
五、电子枪的对中：
电子源必需与电磁透镜系统严格同轴
不良同轴的后果：
1、直接后果,影响电子束流通过，电子源与透镜光轴偏离，大部分电子束会被光阑遮挡，到达样品的
初级电子束流受到很大影响。
2、会引入轴外电子成像聚焦，增大电磁透镜的像差。一般叫做电子枪引入的球差。
电子枪合轴：调节电子源与电磁透镜系统的同轴，成为电子枪合轴。分三个部分
1、灯丝对中：灯丝和栅极光阑孔对中。传统需要在显微镜下手工调节。栅极（韦氏帽）孔一般为
500μm，灯丝尖端直径约为100微米，调节对中靠人的眼镜，因此不同人的调节有较大误差。
目前普遍采用工厂预对中灯丝，由高精度零件机械定位，误差比手动调节的小。
2、电子枪整体的机械对中。主要是电子枪倾斜调整，这个步骤在老型号电镜上是必须的。随着组件精密度的提高，机械调整量很小。如果电子枪有微小倾斜，都会损失大量的束流。因此调整是必要的
3、电磁对中调整：
当灯丝对中和机械对中调节到最佳后，使用一段时间，灯丝有少许的变形，使得电子源和透镜主轴少许偏离，通过调节电磁对中，可以校正这种偏离。
由于最初的机械对中，在灯丝的温度和加速电压一定条件下校正的，当我们改变灯丝温度和加速电压时，灯丝会有少许变形，造成电子源偏离轴心；加速电压改变电子速度，经过原有的对中磁场时，电子束将会相对原有正确方向有很大偏离。这时都需要进行电磁对中的调整。
参考资料：《电子显微镜与电子光学》
仪器仪表标准编号仪表材料
仪器仪表标准编号仪表材料 外表材料GB903-87 无色光学玻璃 GB1598-86 铂铑13-铂热电偶丝及分度表 GB2614-85 镍铬--镍硅热电偶丝及分度表 GB2902-82 铂铑30-铂铑6热电偶丝及分度表 GB2903-89 铜--铜镍热电偶丝及分度表 GB2904-82 镍铬--金铁、铜--金铁低温热电偶丝及分度表 GB3217-92 永磁(硬磁)材料磁性试验方法 GB3772-83 铂铑10-铂热电偶丝及分度表 GB4753-84 铸造铝镍钴系永磁(硬磁)合金技术条件 GB/T4989-94 热电偶用补偿导线 GB/T4990-95 热电偶用补偿导线合金丝 GB4993-85 镍铬--铜镍热电偶丝及分度表 GB4994-85 铁--铜镍热电偶丝及分度表 GB5977-86 电阻温度计用铂丝 GB5978-86 电阻温度计用铂丝电阻比测试方法 GB6145-85 锰铜、康铜周密电阻合金 GB6146-85 周密电阻合金电阻率测试方法 GB6147-85 周密电阻合金热电动势率测试方法 GB6148-85 周密电阻合金电阻温度系数测试方法 GB6149-85 新康铜电阻合金 GB7895-87 人造光学石英晶体 GB7896-87 人造光学石英晶体试验方法 GB7962.1-87 无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数测试方法 GB7962.2-87 无色光学玻璃测试方法光学平均性平行光管测试方法 GB7962.3-87 无色光学玻璃测试方法光学平均性全息干涉测试方法 GB7962.4-87 无色光学玻璃测试方法光学平均性多光束球面干涉测试方法GB7962.5-87 无色光学玻璃测试方法中部应力双折射测试方法 GB7962.6-87 无色光学玻璃测试方法边缘应力双折射测试方法 GB7962.7-87 无色光学玻璃测试方法条纹度检测方法 GB7962.8-87 无色光学玻璃测试方法气泡度检测方法 GB7962.9-87 无色光学玻璃测试方法光吸取系数测试方法 GB7962.10-87 无色光学玻璃测试方法耐辐射性能测试方法 GB7962.11-87 无色光学玻璃测试方法折射率周密测试方法 GB7962.12-87 无色光学玻璃测试方法光谱内透过率测试方法 GB7962.13-87 无色光学玻璃测试方法导热系数测试方法 GB7962.14-87 无色光学玻璃测试方法耐酸稳固性测试方法 GB7962.15-87 无色光学玻璃测试方法耐潮稳固性测试方法 GB7962.16-87 无色光学玻璃测试方法线膨胀系数和转变温度测试方法 GB7962.17-87 无色光学玻璃测试方法紫外、红外折射率测试法--最小偏向角GB7962.18-87 无色光学玻璃测试方法紫外、红外折射率测试法--自准直法GB7962.19-87 无色光学玻璃测试方法相对研磨硬度测试方法
场发射扫描电子显微镜S-4800操作规程
场发射扫描电子显微镜（S-4800）操作规程 开机 1. 检查真空、循环水状态。 2. 开启“Display”电源。 3. 根据提示输入用户名和密码，启动电镜程序。 样品放置、撤出、交换 1. 严格按照高度规定高样品台，制样，固定。 2. 按交换舱上“Air”键放气，蜂鸣器响后将样品台放入，旋转样品杆至“Lock”位，合上交换舱，按“Evac”键抽气，蜂鸣器响后按“Open”键打开样品舱门，推入样品台，旋转样品杆至“Unlock”位后抽出，按“Close”键。 观察与拍照 1. 根据样品特性与观察要求，在操作面板上选择合适的加速电压与束流，按“On”键加高压。 2. 用滚轮将样品台定位至观察点，拧Z轴旋钮（3轴马达台）。 3. 选择合适的放大倍数，点击“Align”键，调节旋钮盘，逐步调整电子束位置、物镜光阑对中、消像散基准。 4. 在“TV”或“Fast”扫描模式下定位观察区域，在“Red”扫描模式下聚焦、消像散，在“Slow”或“Cssc”扫描模式下拍照。 5. 选择合适的图像大小与拍摄方法，按“Capture”拍照。
6. 根据要求选择照片注释内容，保存照片。 关机 1. 将样品台高度调回80mm。 2. 按“Home”键使样品台回到初始状态。 3. “Home”指示灯停止闪烁后，撤出样品台，合上样品舱。 4. 退出程序，关闭“Display”电源。 注意 1. 每天第一次加高压后，进行灯丝Flashing去除污染。 2. 冷场发射电镜一般不断电，如遇特殊情况需要大关机时，依次关闭主机正面的“Stage”电源、“Evac”电源，半小时后关闭离子泵开关和显示单元背面的三个空气开关，关闭循环水。开机时顺序相反。 3. 每半个月旋开空压机底阀放水一次。 4. 待测样品需烘干处理，不能带有强磁性，不能采用铁磁性材料做衬底制样。 5．实验室温度限定在25±5℃，相对湿度小于70% 。 仪器维护 1. 每月进行电镜离子泵及灯丝镜筒烘烤。 2. 每半年进行一次机械泵油维护或更新。 3. 每年进行一次冷却水补充，平时每月检查一次水位。
钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别
钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别 扫描式电子显微镜，其系统设计由上而下，由电子枪 (Electron Gun) 发射电子束，经过一组磁透镜聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后，用遮蔽孔 径 (Condenser Aperture) 选择电子束的尺寸(Beam Size)后，通过一组控制电子束的扫描线圈，再透过物镜 (Objective Lens) 聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，用以择取二次电子 (Secondary Electron) 或背向散射电子 (Backscattered Electron) 成像。 电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布 (Energy Spread) 要小，目前常用的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission)，不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。 热游离方式电子枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种，它是利用高温使电子具有足够的能量去克服电子枪材料的功函数 (work function)能障而逃离。对发射电流密度有重大影响的变量是温度和功函数，但因操作电子枪时均希望能以最低的温度来操作，以减少材料的挥发，所以在操作温度不提高的状况下，就需采用低功函数的材料来提高发射电流密度。 价钱最便宜使用最普遍的是钨灯丝，以热游离 (Thermionization) 式来发射电子，电子能量散布为 2 eV，钨的功函数约为 4.5eV，钨灯丝系一直径约100μm，弯曲成 V 形的细线，操作温度约 2700K，电流密度为 1.75A/cm2，在使用中灯丝的直径随着钨丝的蒸发变小，使用寿命约为 40~80 小时。 六硼化镧(LaB6)灯丝的功函数为 2.4eV，较钨丝为低，因此同样的电流密度，使用 LaB6 只要在 1500K 即可达到，而且亮度更高，因此使用寿命便比钨丝高出许多，电子能量散布为 1 eV，比钨丝要好。但因 LaB6 在加热时活性很强，所以必须在较好的真空环境下操作，因此仪器的购置费用较高。 场发射式电子枪则比钨灯丝和六硼化镧灯丝的亮度又分别高出 10 - 100 倍，同时电子能量散布仅为 0.2 - 0.3 eV，所以目前市售的高分辨率扫描式电子显微镜都采用场发射式电子枪，其分辨率可高达 1nm 以下。 目前常见的场发射电子枪有两种:冷场发射式(cold field emission , FE)，热场发射式(thermal field emission ,TF) 当在真空中的金属表面受到 108V/cm 大小的电子加速电场时，会有可观数量的电子发射出来，此过程叫做场发射，其原理是高电场使电子的电位障碍产生 Schottky 效应，亦即使能障宽度变窄，高度变低，因此电子可直接"穿隧"通过此狭窄能障并离开阴极。场发射电子系从很尖锐的阴极尖端所发射出来，因此可得极细而又具高电流密度的电子束，其亮度可达热游离电子枪的数百倍，或甚至千倍。
热电偶传感器第一讲
教师授课方案（首页） 授课班级09D电气授课日期 课节 2 课堂类型讲授 课题第九章热电偶传感器第一节温度测量的基本概念第二节热电偶传感器的工作原理第三节热电偶传感器的种类结构 第四节热电偶的冷端延长 教学目的与要求【知识目标】 1、了解温标的概念 2、了解热电偶传感器的工作原理； 3、掌握热电偶的选用及掌握分度表的应用； 4、掌握热电偶的应用 【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力，在实际测量中会进行热电偶传感器的选用以及冷端延长导线的选型。【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。 重点难点重点：选用热电偶、冷端延长线的选择及分度表的使用难点：无 教具教学辅助活动教具：热电偶、酒精灯、毫伏表、导线、多媒体课件、习题册教学辅助活动：提问、演示、生师讨论 一节教学过程安排复习 1、什么是霍尔效应传感器的工作原理 2、霍尔集成电路的特性。 3、霍尔传感器有哪些应用。 5分钟讲课 1、温标的概念 2、热电偶传感器的工作原理； 3、热电偶的分类、选用及掌握分度表的应用； 4、掌握热电偶的应用 73分钟小结 小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互 动答疑 10分钟作业习题册第九章热电偶传感器习题2分钟 任课教师：2011年1月31日审查教师签字：年月日
教案附页【复习提问】 上节课知识点： 1、什么是霍尔效应传感器的工作原理 2、霍尔集成电路的特性。 3、霍尔传感器有哪些应用。 第九章热电偶传感器 【章节导入】： 在众多测温传感器中，热电偶传感器已成规格，并符合国际计量委员会的标准，在工业生产和科学研究得到广泛应用。 【本章要点】: 1、了解温度测量的基本概念和方法； 2、热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点、进行热电偶传感器 的选用； 3、理解中间计算修正定律，掌握冷端延长的方法，并会选择补偿导线。 4、掌握控温仪表的接线方法。 第一节温度测量的基本概念 【本节内容设计】 通过课件与教师讲授温度的概念、温标、温度测量及温度测量传感器的分类及特性，为测量温度及热电偶传感器的学习奠定基础 【授课内容】 一、温度的概念 温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。 二、温标1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。 几种温标的对比正常体温为37 C 相当于华氏温度 1.8×37+32=99F 相当于热力学温标37+273=310K 三、温度测量及传感器分类温度传感器按照用途可分为：基准温度计和工业温度计； 按照测量方法又可分为：接触式和非接触式； 按工作原理又可分为：膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；
八通道热电偶采集模块(热电偶,电压,电流)说明书
FLEX4011八通道模拟量(热电偶/电压/电流) 采集模块用户手册
目 录 1 产品介绍 (3) 2 电气连接及安装 (5) 3 通讯协议 (9) 3.1 Modbus RTU/ASCII通信协议 (9) 3.1.1 Modbus寄存器地址映射 (9) 3.1.2 读取数据以及处理 (13) 3.2 ADAM研华通信协议 (16) 3.2.1 研华通信协议命令 (16) 3.2.1.1 读取单通道的数据命令 (16) 3.2.1.2 读取所有通道的数据命令 (18) 3.3 ASCII码对照表 (20) 4 设置软件使用说明 (20) 4.1 设置软件与处于设置状态的模块通信 (20) 4.2 串口通信参数如何设置 (23) 5 使用串口调试软件读取数据 (24) 5.1 Modbus-RTU通信协议 (24) 5.2 ADAM研华通信协议 (24) 附录A (26) A.1 模拟量数据格式 (26) A.2 模拟量输入范围 (26)
1 产品介绍 FLEX-4011热电阻采集模块是FLEX-4000系列智能测控模块之一，广泛应用于温度测量的工业场合，提供了多种热电偶信号的采集以及转换，线性处理并转换成线性化的数据值，经RS-485 总线传送到控制器。FLEX-4011具有八个测量通道，可连接J, K, T, E, R, S, B, N, C, D, G, L, U等多种规格热电偶进行测量。模块内部各处理单元之间提供了高于1500V 的电气隔离，有效的防止模块因外界高压冲击而损坏，为工厂自动化以及楼宇自动化提供了高效的解决方案。模块主要特点如下： · 八通道模拟量(热电偶/电压/电流)输入 · 可由软件设置传感器的类型以及模块参数 · 支持多种标准的热电偶 · 宽电压范围输入(18-36V DC)，功耗低 · RS-485网络连接，支持Modbus RTU/ASCII协议 · 内置看门狗，运行稳定可靠 · 外部供电/RS485通讯/模拟量输入之间3000V电气隔离 · 宽温度范围运行 · 安装方便，标准导轨卡装或螺钉固定
热电偶的分度号分类
热电偶的分度号有哪几种、有什么区别 热电偶的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。 t、S分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400℃,短期1600℃。 在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶； R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同； B分度号在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600℃，短期1800℃。可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用。 N分度号的特点是1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替S分度号热电偶； K分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000℃,短期1200℃。在所有热电偶中使用最广泛； E分度号的特点是在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度0-800℃； J分度号的特点是既可用于氧化性气氛(使用温度上限750℃)，也可用于还原性气氛(使用温度上限950℃)，并且耐H2及CO气体腐蚀，
多用于炼油及化工； T分度号的特点是在所有廉金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量300℃以下的温度 补偿导线工作原理： 在一定温度范围内，具有与其匹配的热电动势标称值相同的一对带绝缘包覆的导线叫补偿导线。用它们连接热电偶与测量装置，以补偿热电偶连接处的温度变化所产生的误差。 补偿导线特点： ①热电特性稳定，电绝缘性能好，使用寿命长。 ②柔软，弯曲性能能好，使用方便。 ③包覆层材料稳定可靠，具有一定的耐温性和耐寒性能。 铂铑热电偶 产品型号：WRP（WRR）--130 S型小铂铑热电偶为各类小型箱式电阻炉或井式炉使用，也可以用于同类产品上。WR系列工业用热电偶作为温度测量传感器 ,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用,组成过程控制系统，用以
关于热电偶传感器的调研报告
题目：热电式传感器 ——《传感器与检测技术》调研报告 姓名 学校 学院 专业班级 学号 2015 年12 月17 日
目录 第一章热电偶传感器发展现状简述 (1) 1.1热电偶传感器国内发展现状 (2) 1.2热电偶传感器国外发展现状 (2) 第二章热电偶传感器的基本工作原理 (4) 2.1热电偶测温原理 (4) 2.2热电动势的测量 (4) 2.3热电偶的基本定律 (5) 2.4热电偶冷端温度误差及其补偿 (5) 第三章热电偶在轴承热处理连续网带炉自动控制中的应用 (6) 3.1变成炉 (6) 3.2淬火炉与回火炉 (7) 3.3淬火油槽与中洗(Ⅱ)及防锈油槽 (7) 第四章自己对传感器技术的理解 (8) 参考文献 (9) 附录 (9) 1
第一章热电偶传感器发展现状简述 1.1热电偶传感器国内发展现状 标准化热电偶工艺比较成熟，应用广泛，性能优良稳定，能成批生产，同一型号可以互换，统一分度，并有配套仪表。难融金属热电偶中钨铼热电偶是最成功的，也是可测到1800以上工业热电偶中最好的热电偶。。在宇航与核工业等高技术领域应用广泛。这种热电偶的特点是：电极丝的熔点高、强度大；极易氧化；热电势大，灵敏度高；价格便宜，钨镍热电极丝价格仅为s型热电偶的1／6，B 型热电偶的118。 一种设想是在钨铼热电偶保护管内制造出非氧化性气氛，使其在非氧化性气氛中工作，国内外均取得突破性进展，在冶金、化工等行业应用已取得满意效果。东北大学已研制的实体性抗氧化钨铼热电偶已获得国家专利。既可用于氧化、还原气氛，又可以在两者交替的气氛中使用。自1992年起，沈阳冶炼厂用它替代铂铑系贵金属热电偶。结果表明：其使用寿命是铂铑系热电偶的1～2倍，而价格不足铂铑热电偶的一半，具有显著的经济效益和社会效益。当前，铂铑热电偶价格昂贵，推广抗氧化钨铼热电偶符合国情，势在必行。 1.2 热电偶传感器国外发展现状 美国Hoskins公司开发出一种复合管型铠装热电偶2300型，可长时间在1260条件下使用。它的特点是：采用特种镍基耐热合金作铠装热电偶套管材料；采用高精度N型或K型热电偶丝及高纯度MgO，以特殊的工艺制成复合管型铠装热电偶，高温下热稳定性高；生产工艺独特，可生产超常规的长热电偶(L=500m)，其直径为①1．o一①6．4ram；耐高温，抗氧化，使用寿命长。 早在ITs一90温标实施前，加拿大人E．H Mcla，en和E．G．Murdock就开始了对金／铂热电偶进行研究。通过大量的实验工作发现，使用纯铂和纯金构成的热电偶具有良好的复现性。ITs一9p温标实施后，人们对高温铂电阻HTPRT 使用到银凝固点(961．78。C)的稳定性产生了质疑，这时，很多人寻求一种更好的测温元件，金／铂热电偶成为众多国家研究的对象。美国NIST、英国NPL、韩国KRISS等研究机构都进行了研究，其中美国NIST的G．w．Bums等人在他们的题目为《金／铂热电偶：研究数据及ITS一90温标下的参考函数》中指出“在o℃～1000。C温区内，金／铂热电偶在两年的实验中在961 oC。965。C累计1000h 的条件下，在银凝固点(961．78。C)的稳定性不超过土16mK，其在铝凝固点上进行的均匀性的研究表明它的不均匀性为2mK(浸入深度变化7．4cIn)。这些数据表明在银凝固点(961．78"C)的稳定性比高温铂电阻温度计HTPRT更好”。目前 2
扫描电子显微镜 (SEM)介绍
扫描电子显微镜(SEM)介绍 (SEM)扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早在1935年便已被提出来了。1942年，英国首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。经过各国科学工作者的努力，尤其是随着电子工业技术水平的不断发展，到1956年开始生产商品扫描电镜。近数十年来，扫描电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。 目录 扫描电镜的特点 扫描电镜的结构 工作原理 扫描电镜的特点 和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜SEM（Scanning Electron Microscope）具有以下特点： (一) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至 120mm×80mm×50mm。 (二) 样品制备过程简单，不用切成薄片。 (三) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。 (四) 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。 (五) 图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。 (六) 电子束对样品的损伤与污染程度较小。 (七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。 扫描电镜的结构 1．镜筒 镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。 2．电子信号的收集与处理系统 在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至
廉金属热电偶的现状与展望
廉金属热电偶的现状与展望 王魁汉崔传孟 （东北大学·沈阳，110006） 摘要：本文重点介绍新型廉金属热电偶，镍铬硅—镍硅热电偶及钨铼热电偶的结构、性能及应用现状。探讨了钨铼热偶的防氧化技术、稳定性及使用寿命。结果表明，采用实体型抗氧化钨铼热电偶替代铂铑热电偶，用于工业过程检测，不仅性能稳定，使用寿命长，而且价格便宜,管理方便是今后的发展方向。 关键词：钨铼热电偶、现状，展望 1前言 金、银及铂族金属等8种元素称贵金属，由这些金属或合金构成的热电偶称贵金属热电偶。除此之外统称廉金属热电偶，如镍基合金热电偶及难熔金属热电偶等。主要的贵金属与廉金属热电偶见表1[1]，其中后者用量大，使用范围广，是一种主要的测温手段。而且随着铂铑热电偶的价格不断上涨，新型廉金属热电偶的问世以及钨铼热电偶防氧化技术的突破使得有关廉金属热电偶的研究、开发与应用变得十分活跃，已引起世界各国的注目。本文将重点介绍廉金属热电偶的现状与展望。 表 1 热电偶的主要性能与应用 2 廉金属电偶 2.1 新型廉金属热电偶 1) 镍钼镍钴热电偶 该种热电偶主要用米测量汽车发动机废气温度其特点是性能稳定在875℃的空气中，经1 0000h偏差不超过5℃，较N、K型热电偶更稳定[2]。 2) 钼铌热电偶 该种热电偶的使用温度可选2000℃～2200℃，在辐照条件下是一种可避免钨铼热电偶嬗
变的较好的测温元件[2]。 3) 镍钼热电偶 该种热电偶主要用于高温惰性气体及真空环境中，也常用于含氢的还原性气氛中，它的使用温度范围是O℃～1287℃，精度为0.75% 4) 整体设计的铠装热电偶 保护管对热电偶的稳定性影响极大，因此应依据使用条件，选择不同的保护管材料。可是，人们往往忽视保护管材料与热电极间的相容性。例如，K型铠装热电偶的套管材料(不锈钢与因科内尔合金)与热电极的化学成分有较大差异，在高温下某些合金元素的扩散(特别是锰)将引起热电动势的激烈变化(见表2)，而膨胀系数的差异对其寿命及可靠性的影响也很大，因此，新型整体设计的X型铠装热电偶从外套管材料至热电极丝要统一设计。整体化铠装热电偶(N-CLAD)[2]将采用热电偶的正极材料作为外套管，从而提高了N型铠装热屯偶的准确度与精度(见表2)。 2.2 镍铬硅—镍硅热电偶 科学技术的不断发展人们对测量精度的要求越来越高。由于K、E、J及T型等廉金属熟电偶的性能不够稳定，因此，不能满足要求，而镍铬硅—镍硅热电偶却具有明显的优越性。 表2 套管材料对铠装热电偶性能的影响 1) 镍铬硅—镍硅热电偶的特点 镍铬硅—镍硅热电偶的分度号为N，它具有如下特点： ① 在1300℃以下，高温抗氧化能力强； ② 热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好； ③ 耐射辐照能力强，耐低温性能也好。 2) N型与K型热电偶性能对比 N型与K型热电偶的性能对比见表3[3]，由表3可以看出，在550℃～1050℃范围内，两者几乎无差异，但在30K～15OOK的整个温度范围内有可能全面替代其它廉金属热电偶，并有部分取代S型热电偶的趋势正在引起人们的高度重视。N型热电偶的推广应用，将对热电偶测
钨灯丝扫描电镜技术要求
ANSYS软件技术要求 一、软件名称及组成 1.1 软件名称 软件名称：ANSYS软件 1.2 总体要求 ANSYS软件主要应用于本厂多种生产工艺的仿真分析计算，具备结构、电磁、流体单场及多物理场耦合分析能力。包含多种求解器，前后处理方便易用。 1. 3软件的主要组成 ANSYS结构及低频电磁场仿真分析模块（ANSYS Mechanical Emag）、ANSYS流场仿真分析模块（ANSYS CFD Premium），ANSYS并行计算模块（ANSYS HPC PACK）。 ANSYS结构及低频电磁场仿真模块（ANSYS Mechanical Emag）：可实现结构线性、非线性、静力、动力、疲劳、断裂、复合材料、优化设计、概率设计、热及热—结构耦合、压电、静态和动态电磁场、电磁加热、场路耦合等仿真分析功能。 ANSYS流场仿真分析模块（ANSYS CFD Premium）：可进行二维、三维定常、非定常通用模型，多组分及多相流，详细化学反应、燃烧问题，传导、对流、辐射换热，运动边界问题，与ANSYS Mechanical进行单、双向流固耦合计算的模拟。同时具备二次开发及自定义前、后处理变量，参数管理，自适应网格变形及伴随矩阵求解器网格变形等功能。 ANSYS HPC PACK模块最大可以支持32核并行计算求解，可大幅度提高ANSYS软件求解规模及日常工作效率。 二、技术要求 2.1 结构及低频电磁场仿真模块（ANSYS Mechanical Emag）(APDL模块)： 2.1.1*具有APDL参数化几何模型和有限元模型建模功能，建立的有限 元模型可直接用于计算。 2.1.2*软件具备优异的几何模型建立和编辑能力，并且具备实时参数化 修改更新功能。
热电偶的测温原理
热电偶的测温原理 摘要：通过对金属的接触电动势和温差电动势来进行简化的数学推导，从根源来阐述热电偶的工作原理，并通过实验来简化。从而系统地解释了热电偶的输入量（温度）和输出量（电流，电压）的线性关系。以及热电偶的选型要求，和材料性能。 关键词：热电效应、电动势、选型、材料； 0 引言 温度测量是通过某些测温物质的各种物理性能变化，例如固体的尺寸,密度,硬度 粘度,电导率,热辐射等的变化来判断被测物体的温度。在许多测量方法中，热电偶测温的应用为最广泛之一。主要优点：①接触式测温，准确度较高；②结构简单，体积小，安装方便；③测量范围广：-150oC----1600oC，采用特殊材料时可达2800oC。④热容量小，响应速度快，热电极不受形状限制 1热电偶传感器的工作原理 1.1 热电效应 如图1所示，由两种导体A,B 构成一个闭合回路，使两端结点处于不同温度下。回路中便产生热电势和电流。这种物理现象称为热电效应。 图 1 定义：导体A，B为热电极；测温结点处在T温度场下为测量端，或工作端，热端。结点处在To温度场下为参考端，或自由端，冷端。 1.2 热电偶中的电势 1.2.1接触电势（伯尔帖电势） 互相接触的两种金属导体内部因自由电子密度不同，当接触时两种导体在接触界面上会发生电子扩散。电子扩散的速率与自由电子的密度及金属所
处的温度呈正比。假定,金属A 的自由电子的密度为NA,金属B 的自由电子的密度为NB. 自由电子的密度大的向自由电子的密度小的方向扩散。 失去电子一方带正电，得到电子一方带负电。 这种扩散运动逐渐在界面上建立电势，类似于势垒，它又阻碍自由电子进一步扩散，产生了一个动态平衡。 图 2 接触电势的关系式： 图 3 K:波尔兹曼常数 J/K T:接触界面处的温度 e:电子电荷量 C NA,NB 分别为金属A,B 的自由电子密度. 对于To 结点有: 回路总接触电势: B A AB N N e kT T e ln )( =
实验三 热电偶的焊接与校验新
实验三热电偶的焊接与校验 一、实验目的 1、熟悉不同规格热电偶及其工作原理。 2、了解热电偶的焊接方法并掌握饱和食盐水焊接。 3、熟悉了解常用热电偶的保养及校验方法。 二、仪器与设备 调压器、热电偶丝、300ml烧杯、食盐或工业盐、绝缘夹 三、热电偶的工作原理 在冶金高温实验中，温度的准确测量和控制是必不可少的。在许多情况下，温度测量决定了整个实验的误差大小。测量温度的方法分为接触式和非接触式两种。采用接触式测温时，传感元件要紧靠被测物体或直接置于温度场中，测量结果经过二次仪表显示出来。而非接触式测温是利用被测物体的热辐射或辐射光谱分布随温度的变化来测量物体温度的。 热电偶是实验室中被大量使用的接触式测温元件,在—个由不同金属导体A和B组成的 闭合回路中，当此回路的两个接点保持在不同温度t 1和t 2 时，只要两个接点有温差，回路 中就会产生电流，即回路中存在一个电动势，这就是“塞贝克温差电动势”，简称“热电势”， 记为E AB 。导体A、B称为热电偶的热电极。接点1通常是用焊接法连在一起，工作时将它置于被测温的场所，故称为工作端(热端)。接点2要求恒定在一定温度下．称为自由端(冷端)。 对于一定的金属来说，电势是温度的函数。如果热电偶的一端保持恒温t ，热电偶的热 电势将随另一端的温度t 1 而变化，一定的热电势对应一定的温度，所以用测量热电势的办法，可达到测温的目的。实验证明，当热电极材料选定后，热电偶的热电势仅与两个接点的温度有关，即： E AB (t 1 ,t )=e AB (t 1 )-e AB (t ) 式中e AB (t 1 )、e AB (t )分别为两个接点的分热电势。 对于一副选定的热电偶．当自由端温度恒定时，E AB (t )为常数，此时热电势就成为工作 端温度t 1 的单值函数，即 E AB (t 1 ,t )=f(t 1 ) 故通过测量热电势即可达到测温目的。通常t 0保持在0℃，E AB (t 1 ,t )的数值可由数字电 压表读出，所对应的温度值可从“热电偶毫伏对照表”查出；所测得的温度也可用温度显示仪直接显示。若冷端温度不为0℃，则需对其进行修正。 用做热电偶的材料应具有如下条件： （1）热电势与温度的关系是线性关系。 （2）产生的热电势数值要高且稳定，并有重现性。 （3）热电偶的材料要有抗腐蚀性和一定的机械强度，易于加工。 常用热电偶中又分标准化热电偶和非标准化热电偶。国内常用标准化热电偶的特性如表3-1所示。
蔡司钨灯丝扫描电子显微镜EVO15
钨灯丝扫描电子显微镜EVO MA 15/LS 15 详细描述： 品牌：卡尔·蔡司 型号：EVO MA 15/LS 15 制造商：德国卡尔蔡司公司 经销商：欧波同纳米技术有限公司 免费咨询电话：800-8900-558 【品牌故事】 世界顶级光学品牌，可见光及电子光学的领导企业----德国蔡司公司始创于1846年。其电子光学前身为LEO（里奥）,更早叫Cambridge（剑桥），积扫描电镜领域40多年及透射电镜领域60年的经验，ZEISS电子束技术在世界上创造了数个第一： 第一台静电式透射电镜 (1949) 第一台商业化扫描电镜 (1965) 第一台数字化扫描电镜(1985) 第一台场发射扫描电镜(1990) 第一台带有成像滤波器的透射电镜 (1992) 第一台具有Koehler照明的 200kV 场发射透射电镜(2003) 第一台具有镜筒内校正Omega能量滤波器的场发射透射电镜(2003)
CARL ZEISS以其前瞻性至臻完美的设计融合欧洲至上制造工艺造就了该品牌在光电子领域无可撼动的王者地位。自成立至今，一直延续不断创新的传统，公司拥有电镜制造最核心最先进的专有技术，随着离子束技术和基于电子束的分析技术的加入、是全球唯一为您提供钨灯丝扫描电镜、场发射扫描电镜、双束显微镜(FIB and SEM)、透射电子显微镜等全系列解决方案的电镜制造企业。其产品的高性能、高质量、高可靠性和稳定性已得到全世界广大用户的信赖与认可。作为全球电镜标准缔造者的CARL ZEISS将一路领跑高端电镜市场为您开创探求纳米科技的崭新纪元。 【总体描述】 蔡司钨灯丝扫描电镜EVO MA 15的问世，将钨灯丝扫描电镜的发展带入了全新的时代，超大样品室为各类繁杂的样品以及繁重的工作提供了轻松的解决方案，自动化的5轴样品台和大的X、Y、Z轴跟踪扫描以及可变压力的检测模式使得EVO MA 15能够广泛适用于各类样品的检测工作，EVO MA 15作为一款研究级扫描电镜能够为您提供最完美的视觉图像和最广泛的应用领域。 【技术参数】 分辨率：3.0nm@ 30KV(SE and W) 4.0nm@ 30KV(VP with BSD) 加速电压：0.2—30KV 放大倍数：5—1000000x 探针电流：0.5PA-5μA X-射线分析工作距离：8.5mm 35度接收角 压力范围：10—400Pa (LS15:环扫模式10-3000Pa) 工作室：365mm(φ)×275mm(h) 5轴优中心自动样品台：X=125mm Y=125mm Z=50mm T=0-90°R=360° 最大试样高度：145mm，最大试样直径：250mm 系统控制：基于Windows XP 的SmartSEM操作系统 【主要特点】 能在可变压力下操作 先进X射线和EBSD分析 可移动大平台 快抽真空 未来的保证，可升级在高压和水蒸气下成像和分析 高亮度LaB6资源选择 光线套选择
K型热电偶传感器
扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：基于K型热电偶传感器测量电路设计课程：传感器与测控电路课程实习 专业：测控技术与仪器 班级：测控0802 姓名：徐志涛 指导老师：纪晓华蒋步军杨鹏 学号：081302231 完成日期：2011年3月4日
总目录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告 第三部分：设计电路图 第四部分：附录
第一部分 任 务 书
第二部分 课 程 设 计 报 告
目录 1课题简介 (1) 1.1基于K型热电偶传感器测量电路设计简介 (1) 1.2 K型热电偶概述 (1) 1.3 K型热电偶特点 (1) 1.4 K型热电偶分度表 (2) 2设计的目的及任务 (4) 2.1 课程设计的目的 (4) 2.2 课程设计的任务 (4) 2.3 课程设计的技术指标 (4) 3电路设计总方案及原理框图 (5) 3.1 电路设计原理框图 (5) 3.2 电路设计方案设计 (5) 4 各部分电路设计 (10) 4.1 反相放大器 (10) 4.2 反相加法器 (10) 4.3 零点补偿及放大电路 (11) 4.4非线性校正电路 (11) 4.5 总电路图 (13) 5电路的安装与调试 (14) 5.1 电路的安装与调试 (14) 5.2 调试中遇到的问题及解决的方法 (14) 6电路的实验结果 (15) 7 实验总结 (16) 8 仪器仪表明细清单 (17) 9 参考文献 (18)
1课题简介 1.1 基于K型热电偶传感器测量电路设计简介 K型热电偶的电极材料是镍铬—镍硅，其精度等级为0.75级时，温度为0~1200℃，其测量温度误差为±0.75%。采用恰当的线性化处理后，可将精度提高到±0.1%~±0.2%。具有零点补偿功能。 1.2 K型热电偶概述 K型热电偶作为一种温度传感器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。 镍铬-偶(K型热电偶)是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2~4.0mm。 正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=92：12，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=99：3，其使用温度为-200~1300℃。 K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用。 K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛。 1.3 K型热电偶特点 1.3.1检出(测)元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。必须配二次仪表，其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1.3.2 根据温度测量范围及精度，选用相应分度号的热电偶、使用温度在 1300~1800℃，要求精度又比较高时，一般选用B型热电偶；要求精度不高，气氛
扫描电子显微镜成像原理及基本操作
扫描电子显微镜成像原理及基本操作 一、基本结构组成： 1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。 2.扫描系统：扫描信号发生器；扫描放大控制器；扫描偏转线圈。 3.信号探测放大系统：探测二次电子、背散射电子等电子信号。 4.图象显示和记录系统：SEM采用电脑系统进行图象显示和记录。 5.真空系统：常用机械真空泵、扩散泵、涡轮分子泵等使真空度高于10 -4 Torr 。 6.电源系统：高压发生装置、高压油箱。 二、扫描电子显微镜成像原理 扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的能量为 5 ～35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。三、扫描电镜具有以下的特点
(1) 制样方法简单，对试样的尺寸、形态等无严格要求，可以观察直径为的大块试样以及粉末等。 (2) 场深大，适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。 (3) 放大倍数变化范围大，对于多相、多组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。 (4) 具有相当高的分辨率，可达到为3.5 ～6nm。 (5) 可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量，如通过调制可改善图像反差的宽容度，使图像各部分亮暗适中。 (6) 可进行多种功能的分析。与X 射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析。 (7) 可使用，观察在不同环境条件下（加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验）的相变及形态变化等。 四、扫描电镜的用途 通过样品中的电子激发出的各种信号，扫描电镜可以做出电子图像分析，如可利用二次电子进行样品表面形貌及结构分析的分析；以两片探测器信号做积分运算，通过背散射电子可以分析样品表面成分像，以两片探测器信号做微分运算时，则可用于样品表面形貌像德分析；此外，通过透射电子则可对析晶体的内部结构及晶格信息进行分析。而且，其配上其它一些配套设备，还可做显微化学成份分析，显微晶体结构分析，显微阴极发光图像分析，这更加扩大的扫描电镜的广泛应用度。常见的扫描电镜配套设备主要有：x射线波谱仪、x射线能
扫描电镜钨灯丝维护保养
大型仪器设备维护保养之我见——扫描电镜钨灯丝维护保养 发布日期：2011-05-16 00:00:00 电子显微镜作为微观形貌观察的有力工具，正越来越迅速、广泛地应用于冶金、矿物、化工、医药、生物、食品、纳米材料等领域。相对透射电镜，扫描电镜真空度低、电子束流大。因此钨灯丝扫描电镜的灯丝寿命仍相对较短，一般只有几十个小时。灯丝寿命短直接带来仪器运行成本增加、有效运行时间降低、污染增加，仪器性能降低等等不良后果。 在实际工作中，通过采取一些措施可以显著延长灯丝使用寿命。以我校日本电子JSM-6360LV型扫描电镜为例，我们采取的措施主要有以下方面： 1.准确对中灯丝 安装、更换新灯丝时仍需检查灯丝的对中情况，最好将安装好的灯丝组件放在解剖镜下再检查一下，看灯丝是否居中，否则很容易导致灯丝亮度偏暗，而由此操作者又会增加偏压或电流来提高亮度，损伤灯丝。 2.适当增加灯丝高度 灯丝工作时发射电子束，灯丝的发射束流与灯丝的加热电流和灯丝高度有关, 灯丝高度越大, 则灯丝达饱和点的工作温度就越低，灯丝表面蒸发得也越慢。因此在保证理论高度的条件下, 我们可以将灯丝高度适当增加。新型扫描电镜一般配有几个可选灯丝垫片，其型号不一样，厚薄也不一样。在满足观察要求的情况下，我们可以选择厚一点的垫片以增加灯丝高度，减少灯丝饱和电流。 3.及时手动调整灯丝电流 在扫描电镜使用过程中，应经常观察灯丝的饱和程度，当发现灯丝电流不在饱和状态时，适当手动调整灯丝电流，使灯丝处于饱和状态。另外新型扫描电镜电子枪的调整一般分全自动调整和半自动调整，我们一般应选择半自动调整。否则，当自动调整电子枪时，灯丝电流也将一起调整且长时间处于过大电流，极大地消耗灯丝，严重影响灯丝寿命。 4.保持镜筒的高真空度 随时注意镜筒是否存在微小泄露，同时保证各级泵的性能，必要时要更换泵油。再有就是待观察样品应尽量干燥、无挥发性物质。5．其他一些有益措施
温度测量仪表标准作业指导书
温度测量仪表标准作业指导书
一、目的 细化和量化温度测量仪表设备的安装、故障排除和校验维护，使温度测量设备正确稳定运行。 二、范围 热电偶、热电阻、双金属温度计等温度测量仪表的安装，维护和故障排除作业 三、作业流程图 四、标准作业指导 第一部分:温度测量仪表安装----以热电偶安装为例 1、作业准备 1.1、作业材料
1.2、热电偶测温原理及结构 1)热电偶测温原理 热电偶测温原理是基于赛贝尔效应，即两种不同成分的导体两端相连构成回路，若两连接端温度不同，则在回路内产生热电流，形成热电势。这个回路 产生的热电势由接触电势和温差电势组成。由于导体材料一定，热电偶产生的热 电势实际上是热电偶两端温度的函数，而且只与温度有关。 2)热电偶的结构 常用的热电偶是由热电极（热偶丝）、绝缘材料（绝缘管）和保护套管等部分构成的。 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶有国家标准的热电势与温度、容许的误差、标准分度表等。我国从1988年1月1日起， 热电偶全部按IEC国标生产，并指定S、 R、 B、K、 E、 J、 T 7种标准化热 电偶为我国统一设计型热电偶。非标准型热电偶则一般用于特殊场合，国家并 没有统一制定严格的标准。 1.3、热电偶的选型 具体选型流程为：型号的选择—分度号的选择—防爆等级的选—精度等级的选择—安装固定形式的选择—保护管材质的选择—长度或插入深度的选择。 在选择热电偶的时候，要根据所要求的使用温度范围、所需精度、使用气氛、测定对象的性能、响应时间和经济效益等综合因素进行参考。 1）选择测量精度和温度测量范围。 使用温度在1300℃~1800℃，要求精度比较高时，一般选用B型热电偶； 要求精度不高，气氛又允许可用钨铼热电偶，高于1800℃一般选用钨铼热电偶； 使用温度在1000℃~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N 型热电偶；在 1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶，低于400℃一般用E型热电偶； 250℃以下及负温测量一般用T型电偶，在低温时T型热电偶稳定而且精度高。 2）使用环境气氛的选择。