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(guó)在實(shí)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(gè)技術(shù)領(lǐng)域。
　　鎧裝熱電偶是一種先進(jìn)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(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，是由熱電極、套裝氧化鎂易碎絕緣子及金屬保護(hù)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(jiān)實(shí)、機(jī)械性能高、抗震、耐高壓沖擊、耐介質(zhì)化學(xué)腐蝕性能好等特點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確連續(xù)測(cè)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(jià)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(cè)溫精度低，而且使用壽命短，可靠性差,從而嚴(yán)重地影響了工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)行。另外，由于鎧裝廉熱電偶本身材料具有的特性也給準(zhǔn)確測(cè)溫帶來了影響。目前市場(chǎng)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(gè)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(jī)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(huì)產(chǎn)生熱電極、斷裂而影響熱電偶測(cè)量的精度。
　　解決問題的方法:在進(jìn)行該種熱電偶的設(shè)計(jì)和研制時(shí)，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(duì)于這種熱電偶不存在化學(xué)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(diǎn)。
　　存在的問題:由于材料之間的化學(xué)不相容性,存在著嚴(yán)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(kuò)散，造成貴金屬熱電極污染，熱電極的化學(xué)成分發(fā)生變化，進(jìn)而改變了熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)值，造成嚴(yán)重誤差，經(jīng)過測(cè)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(cè)量精度。
　　解決材料之間化學(xué)不相容性的方法有:①在熱電極的測(cè)量端包覆鉑箔。②熱電極的測(cè)量端使用導(dǎo)熱絕緣膠,隔離封裝，以便防止測(cè)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(xué)地考慮材料的力學(xué)性能(即延伸率和抗拉強(qiáng)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?zèng)]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(huì)造成貴金屬熱電極嚴(yán)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(diǎn)及性能。另外，在裝配時(shí)，熱電極的插人深度還存在著不確定性，會(huì)造成很大的誤差。生產(chǎn)的熱電偶經(jīng)測(cè)試會(huì)帶來3℃~6℃的誤差。因此，不能真實(shí)地反映被測(cè)介質(zhì)的溫度。實(shí)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(gè)問題:
(1)鎧裝貴金屬熱電偶在火焰型氣體環(huán)境下使用時(shí)，會(huì)發(fā)生催化效應(yīng)，對(duì)測(cè)溫精度有影響。因?yàn)檫^渡族元素如鉑、銠等具有化學(xué)催化作用。在溫度測(cè)量過程中，由于化學(xué)反應(yīng)熱的疊加，會(huì)出現(xiàn)比工況環(huán)境實(shí)際溫度偏高的現(xiàn)象。
解決問題的方法:為保證其測(cè)溫精度，應(yīng)在外鎧測(cè)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(qiáng)，若無嚴(yán)格的干燥程序，潮氣被封人鎧材內(nèi)，就會(huì)發(fā)生輸出熱電動(dòng)勢(shì)嚴(yán)重漂移，常溫、高溫絕緣性能下降，測(cè)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(cè)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(shí)用兆歐表反復(fù)測(cè)量絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，用點(diǎn)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(zhǎng)期加熱，熱電極材料在遭受氧化或中子輻、照時(shí)元素發(fā)生嬗變,熱電動(dòng)勢(shì)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(diǎn)高、磁性轉(zhuǎn)變等特點(diǎn)，受熱會(huì)出現(xiàn)與時(shí)間無關(guān)的熱電動(dòng)勢(shì)紊亂現(xiàn)象。
(3)在250℃~550℃的溫度范圍內(nèi)，受熱會(huì)使熱電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)干擾的環(huán)境中使用。可選用熱電穩(wěn)定性能優(yōu)異的N型熱電偶進(jìn)行低、中、高三個(gè)溫度區(qū)域的溫度測(cè)量。
　　鑒于市場(chǎng)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(shí)，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(xué)相容性的問題。并且，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚侠淼臒犭娕紮C(jī)構(gòu)、正確的安裝和適時(shí)校準(zhǔn)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(duì)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(cè)量，減少國(guó)家和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。