導(dǎo)熱絕緣表面測(cè)試用熱電偶

摘要:導(dǎo)熱絕緣表面測(cè)試用熱電偶是組件部件及產(chǎn)品表面溫度測(cè)試時(shí)所使用的溫度傳感器,廣泛應(yīng)用于各試驗(yàn)階段的異常能耗監(jiān)測(cè)等方面,通過分析溫度變化情況,獲得測(cè)試點(diǎn)發(fā)熱量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證組件部件及產(chǎn)品是否有異常能量損耗或其他缺陷,。選擇合適的表面絕緣介質(zhì),通過試驗(yàn)驗(yàn)證介質(zhì)的導(dǎo)熱性和絕緣性,然后加工至熱電偶表面,制作成導(dǎo)熱絕緣熱電偶,再試驗(yàn)驗(yàn)證其有效性,。
0引言
　　熱電偶是一種廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活各個(gè)方面的溫度傳感器,所在單位測(cè)試使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備原是Fluke2638和T型、K型熱電偶,K型用于300℃以上溫度測(cè)試,T型用于300C以下,。將測(cè)試所用的熱電偶通過熱電偶點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行焊接(焊點(diǎn)為球型),測(cè)試時(shí),將其與被測(cè)件之間使用絕緣雙面膠粘貼,然后外部用紙膠帶固定,。目前,該方法存在三方面的問題:(1)焊接好的熱電偶的測(cè)溫端為球型,，與產(chǎn)品接觸為一個(gè)點(diǎn),導(dǎo)熱性能無(wú)法保證,。(2)雖然絕緣雙面膠可以保證測(cè)試過程免受被測(cè)件的電信號(hào)的干擾,但測(cè)試會(huì)受絕緣雙面膠導(dǎo)熱性能影響,，存在熱傳遞延遲問題,由于雙面膠的最高使用溫度為600℃,會(huì)隨溫度升高,因此其附著性會(huì)受到影響，產(chǎn)生膠層脫落,影響測(cè)試精度;(3)有些測(cè)試需在產(chǎn)品空間內(nèi)部的狹小區(qū)域粘貼傳感器,由于雙面膠厚度為2mm,若將熱電偶粘貼于其上,會(huì)導(dǎo)致部分關(guān)鍵區(qū)域無(wú)法測(cè)試,從而影響測(cè)試結(jié)果的完整性,因此該方法無(wú)法適用于目前的表面溫度測(cè)試需求,。
　　導(dǎo)熱絕緣表面測(cè)試用熱電偶是應(yīng)用于各種被測(cè)件表面的一種溫度傳感器,與普通的熱電偶相比,具有溫度相應(yīng)速度快,、抗干擾能力強(qiáng)、正確性高,、可在產(chǎn)品內(nèi)部狹小區(qū)域測(cè)試等優(yōu)點(diǎn),，能夠完全解決原測(cè)試所出現(xiàn)的問題。
1目標(biāo)和過程
1.1目標(biāo)
　　可用于表面溫度測(cè)試的溫度傳感器,需滿足溫度范圍(-80~1200)℃的測(cè)試要求,精度等級(jí)1級(jí),測(cè)量端可直接附著于被測(cè)件表面,在用于封裝熱電偶時(shí),，絕緣介質(zhì)導(dǎo)熱性良好,絕緣電阻大于15MΩ,可在狹小空間內(nèi)完成測(cè)試,。
1.2過程
(1)選取符合條件的熱電偶材料和導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)。
(2)制作符合型號(hào)試驗(yàn)要求的熱電偶,并進(jìn)行性能試驗(yàn),。
(3)進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證,。
2選型試驗(yàn)
2.1導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)選型
　　導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)選型是通過對(duì)3種已知的導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn),篩選出符合要求的產(chǎn)品。試驗(yàn)內(nèi)容主要包括導(dǎo)熱試驗(yàn)和絕緣試驗(yàn),。
2.1.1導(dǎo)熱試驗(yàn)
(1)絕緣漆涂裝:選用大小,、材質(zhì)和形狀相同的3個(gè)50mL玻璃瓶,清潔瓶?jī)?nèi)部,確保其干凈整潔,將.3種不同的導(dǎo)熱絕緣漆加入瓶中，置于通風(fēng)處,使其自然凝固,。
(2)試驗(yàn)過程:將表面溫度源設(shè)置為200℃,穩(wěn)定30min后,再將瓶子放置于表面溫度源上,使用紅外測(cè):溫儀測(cè)量瓶頂溫度,并記錄從放置表面溫度源開始到達(dá)高溫度所用的時(shí)間,數(shù)據(jù)如表1所示,。
 
2.1.2絕緣試驗(yàn)
(1)絕緣漆涂裝:將3種絕緣漆涂裝至相同規(guī)格的熱電偶上，在通風(fēng)處烘干,。
(2)試驗(yàn)過程:使用絕緣電阻表測(cè)試熱電偶測(cè)量端至接線端的絕緣電阻并記錄,，數(shù)據(jù)如表2所示。
 
　　由以上數(shù)據(jù)可知,2號(hào)導(dǎo)熱絕緣膠符合要求,。
2.2熱電偶選型
　　熱電偶選型試驗(yàn)主要通過對(duì)10種型號(hào)的熱電偶進(jìn)行試驗(yàn),篩選出符合要求的產(chǎn)品,。
　　試驗(yàn)方法:將10只熱電偶測(cè)溫端和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻捆扎在一起,置人制冷恒溫槽和恒溫油槽中進(jìn)行測(cè)試,記錄(-80~300)℃的測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試完成后,將7號(hào),、8號(hào)9號(hào),、10號(hào)捆扎，并放人石英管中和二等標(biāo)準(zhǔn)S熱電偶,同時(shí)置人熱電偶檢定爐中進(jìn)行測(cè)試,記錄(600~1200)℃的測(cè)試數(shù)據(jù),如表3所示,。
 
　　綜上所述,T型熱電偶選用偶絲直徑為0.3mm的薄膜熱電偶;K型選用偶絲直徑為0.3mm的薄膜熱電偶,。
3導(dǎo)熱絕緣熱電偶制作和性能試驗(yàn)
　　將10根偶絲外徑為0.3mm、測(cè)溫端厚度為0.06mm的T型和K型熱電偶的測(cè)溫端完全浸泡在導(dǎo)熱絕緣漆中,放置10s后拿出,在通風(fēng)處晾干后再次浸泡,共浸泡三次,晾干后進(jìn)行熱電偶測(cè)試和絕緣性測(cè)試,如表4所示,，
 
　　由表4可知,制作完成的熱電偶均為1級(jí),且絕緣電阻大于15MΩ,滿足使用要求,。
4產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證
　　對(duì)制作好的導(dǎo)熱絕緣表面測(cè)試用熱電偶進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,在較大功率發(fā)熱件表面，熱電偶信號(hào)無(wú)失真,、無(wú)短路現(xiàn)象,結(jié)果良好,完全反映了試驗(yàn)件表面的溫度變化情況,。
5主要技術(shù)問題及解決情況
　　主要技術(shù)問題有導(dǎo)熱絕緣漆選型導(dǎo)熱絕緣漆試驗(yàn)、薄膜熱電偶選型,。導(dǎo)熱絕緣漆選型是該熱電偶過程中的首要技術(shù)難題,。最初,筆者選用中科院大連所的聚芳醚銅紫外光固化涂料,，該涂料是國(guó)產(chǎn)化替代項(xiàng)目,用于電路板的封裝等,其絕緣性好,溫度最高可達(dá)175℃,可滿足大部分的現(xiàn)場(chǎng)表面溫度測(cè)試需求。而后又采導(dǎo)熱絕緣漆,最高使用溫度為260℃,導(dǎo)熱性,、絕緣性良好,。
　　導(dǎo)熱絕緣漆試驗(yàn)最初選用的測(cè)試方法有:(1)使用銅片在上面刷漆,然后將銅片置于表面溫度源上,通過紅外測(cè)溫儀測(cè)試銅片溫度;(2)直接在熱電偶上刷漆,然后投人恒溫槽;(3)使用酒精燈直接烘烤涂漆的熱電偶。由于這些方法均無(wú)法測(cè)出其溫度溫度采樣速率為1s,紅外測(cè)溫儀只能通過手動(dòng)記錄,無(wú)法精確分辨其溫度響應(yīng)速度,因此,最后只能增加絕緣漆的厚度,選用玻璃瓶裝絕緣漆的方法進(jìn)行試驗(yàn),。
薄膜熱電偶選型初始時(shí),采用“越薄越好”的思路,但通過試制發(fā)現(xiàn)其太薄,刷絕緣漆比較困難,，且容易斷裂,實(shí)際使用時(shí)不可靠性較大,綜合考慮后,選用薄膜厚度為0.06mm的熱電偶。
6達(dá)到的主要技術(shù)性能指標(biāo)
　　由表4測(cè)試數(shù)據(jù)可知,，后的熱電偶的絕緣電阻均大于15MΩ,T型和K型熱電偶均滿足1級(jí),。中T型薄膜導(dǎo)熱絕緣熱電偶測(cè)量表面溫度范圍.為(-80~200)℃,擴(kuò)展不確定度為U=1.0℃,k=2;K型薄膜導(dǎo)熱絕緣熱電偶測(cè)量表面溫度范圍為(200~1200)℃,擴(kuò)展不確定度為U=2.0℃,k=2。