鎧裝貴金屬熱電偶存在的問題及解決方法

自1955年荷蘭研制出第一支鎧裝熱電偶以來,，世界各國在實體型溫度傳感器的研發(fā)方面取得了飛躍的發(fā)展。鎧裝熱電偶被廣泛地應(yīng)用在科研,、生產(chǎn),、開發(fā)的各個技術(shù)領(lǐng)域,。
　　鎧裝熱電偶是一種先進的溫度傳感器,。它可分成兩大類:一類是鎧裝貴金屬熱電偶，另一類是鎧裝廉金屬熱電偶,。是基于塞貝克工作原理,，來實現(xiàn)溫度測量，是由熱電極,、套裝氧化鎂易碎絕緣子及金屬保護管經(jīng)復(fù)合拉伸后制成,。其性能具有精度高、響應(yīng)速度快,、熱性能好,、體積小,、不怕彎曲,、結(jié)構(gòu)堅實、機械性能高,、抗震,、耐高壓沖擊、耐介質(zhì)化學腐蝕性能好等特點,。在生產(chǎn)和科研中,，選用顯示調(diào)節(jié)儀表和鎧裝熱電偶相連接可實現(xiàn)準確連續(xù)測溫，為生產(chǎn)和科研提供了方便條件,。
　　目前,，鎧裝貴金屬熱電偶由于工藝比較復(fù)雜，價格也比較昂貴,。所以,，有些生產(chǎn)廠家制造了一些不規(guī)范的鎧裝貴金屬熱電偶產(chǎn)品。它不僅測溫精度低,，而且使用壽命短,，可靠性差,從而嚴重地影響了工業(yè)生產(chǎn)的正常運行。另外,，由于鎧裝廉熱電偶本身材料具有的特性也給準確測溫帶來了影響,。目前市場銷售的鎧裝熱電偶按選擇材料的不同主要有以下4種結(jié)構(gòu)形式，存在6個方面的問題,。
1第一種結(jié)構(gòu)形式
　　由貴金屬熱電極,、高純氧化鎂絕緣材料及貴金屬外套管經(jīng)復(fù)合拉伸后制成，如圖1所示,。
 
　　存在的問題:由于這種鎧裝貴金屬熱電偶的外鎧,、熱電極這些材料的延伸率不同,，在生產(chǎn)中，經(jīng)復(fù)合拉伸,，熱電極,、絕緣物及外套管之間相互摩擦，從而產(chǎn)生內(nèi),、外應(yīng)力,，造成熱電極機械劃傷、幾何尺寸各異,，熱電極晶粒組織發(fā)生變化,，內(nèi)能集聚，引起微觀熱電性能發(fā)生變化,。制成熱電偶后,，會產(chǎn)生熱電極、斷裂而影響熱電偶測量的精度,。
　　解決問題的方法:在進行該種熱電偶的設(shè)計和研制時,，要特別注意這3種材料的物理匹配性問題，即變形抗力,、延伸率,、道次加工率。由于熱電極和外鎧材料均為貴金屬,，因此,，對于這種熱電偶不存在化學不相容的問題。.
2第二種結(jié)構(gòu)形式
　　由貴金屬熱電極,、氧化鎂絕緣材料及廉金屬外套管經(jīng)復(fù)合拉伸后制成,。這種鎧裝熱電偶保持了上述類型鎧裝貴金屬熱電偶的許多特點。
　　存在的問題:由于材料之間的化學不相容性,存在著嚴重的貴金屬熱電極污染問題,。在高溫下,，由于廉金屬外套管材料分子的擴散，造成貴金屬熱電極污染,，熱電極的化學成分發(fā)生變化,，進而改變了熱電偶的熱電動勢值，造成嚴重誤差,，經(jīng)過測試可不同程度地帶來4℃~14℃誤差,，影響了鎧裝熱電偶的使用壽命和測量精度。
　　解決材料之間化學不相容性的方法有:①在熱電極的測量端包覆鉑箔,。②熱電極的測量端使用導(dǎo)熱絕緣膠,隔離封裝,，以便防止測量端遭受污染。為了避免熱電偶材料之間由于物理匹配性所造成的誤差,，應(yīng)科學地考慮材料的力學性能(即延伸率和抗拉強度)等問題,。
3第三種結(jié)構(gòu)形式
　　由貴金屬熱電極,、雙孔高鋁管及廉金屬外套管裝配而成。
　　存在的問題:①沒有經(jīng)過任何鎧裝熱電偶生產(chǎn)的工藝程序,。②廉金屬外套管還會造成貴金屬熱電極嚴重污染,。所以，存在的問題比較多,，不具備鎧裝貴金屬熱電偶的特點及性能,。另外，在裝配時,，熱電極的插人深度還存在著不確定性,，會造成很大的誤差。生產(chǎn)的熱電偶經(jīng)測試會帶來3℃~6℃的誤差,。因此,，不能真實地反映被測介質(zhì)的溫度。實際上這是一種裝配式工業(yè)熱電偶,。
另外,，鎧裝貴金屬熱電偶在生產(chǎn)中還應(yīng)該注意下面兩個問題:
(1)鎧裝貴金屬熱電偶在火焰型氣體環(huán)境下使用時，會發(fā)生催化效應(yīng),，對測溫精度有影響,。因為過渡族元素如鉑,、銠等具有化學催化作用,。在溫度測量過程中，由于化學反應(yīng)熱的疊加,，會出現(xiàn)比工況環(huán)境實際溫度偏高的現(xiàn)象,。
解決問題的方法:為保證其測溫精度，應(yīng)在外鎧測溫端涂敷耐腐蝕,、耐高溫導(dǎo)熱涂料,。
(2)在鎧裝熱電偶中的氧化鎂絕緣材料由于吸濕性很強，若無嚴格的干燥程序,，潮氣被封人鎧材內(nèi),，就會發(fā)生輸出熱電動勢嚴重漂移，常溫,、高溫絕緣性能下降,，測量精度降低等問題。
　　解決問題的方法:鎧裝熱電偶在絕緣封裝工藝過程中,，測量端要留排氣孔,，然后用噴燈反復(fù)烘烤、加.熱,，使潮氣從排氣孔排出,，同時用兆歐表反復(fù)測量絕緣電阻,，當絕緣電阻達到技術(shù)標準要求時，用點焊將排氣孔迅速封死,。
4第四種結(jié)構(gòu)形式
　　由廉金屬熱電極,、氧化鎂絕緣材料及廉金屬外套管經(jīng)復(fù)合拉伸后制成。
這種鎧裝熱電偶存在3方面的問題:
(1)在高溫下的空氣中長期加熱,，熱電極材料在遭受氧化或中子輻,、照時元素發(fā)生嬗變,熱電動勢發(fā)生逐漸地累積性漂移。
(2)在25C~225℃的溫度范圍內(nèi),，由于材料本身存在著居里點高,、磁性轉(zhuǎn)變等特點，受熱會出現(xiàn)與時間無關(guān)的熱電動勢紊亂現(xiàn)象,。
(3)在250℃~550℃的溫度范圍內(nèi),，受熱會使熱電動勢發(fā)生短期的可逆性變化。
　　解決問題的方法:鎧裝熱電偶要避免在有外磁場干擾的環(huán)境中使用,?？蛇x用熱電穩(wěn)定性能優(yōu)異的N型熱電偶進行低、中,、高三個溫度區(qū)域的溫度測量,。
　　鑒于市場上銷售鎧裝貴金屬熱電偶產(chǎn)品存在的問題比較多，生產(chǎn)廠家制造鎧裝貴金屬熱電偶時,，應(yīng)注意熱電極,、絕緣材料、外套管之間的物理匹配性和化學相容性的問題,。并且,，進行適當?shù)臒崽幚恚侠淼臒犭娕紮C構(gòu),、正確的安裝和適時校準等,這樣才能保證生產(chǎn)出質(zhì)量高,、穩(wěn)定性好的鎧裝貴金屬熱電偶。
　　對于用戶,，應(yīng)提高鑒別鎧裝貴金屬熱電偶產(chǎn)品的能力,，選擇質(zhì)量高、穩(wěn)定性好的鎧裝貴,、廉金屬熱電偶,，以便更好地保證工業(yè)企業(yè)環(huán)境的溫度測量，減少國家和企業(yè)的經(jīng)濟損失,。