熱電偶在真空熱處理爐中的應(yīng)用

摘要:真空熱處理爐(0~1300℃加熱區(qū)間)中溫度的關(guān)鍵部件熱電偶的結(jié)構(gòu)以及在真空熱處理爐中熱電偶的類型、優(yōu)缺點(diǎn)。然后總結(jié)了目前國內(nèi)在這一溫段真空熱處理爐所用的熱電偶的類型、選擇方法性價(jià)比。對比了高溫段國外真空熱處理爐選用的熱電偶與國內(nèi)的不同。最后介紹了熱電偶保護(hù)管的類型及各類保護(hù)管在真空熱處理爐中的應(yīng)用。通過分析可以讓大家對熱電偶有更加深刻地了解,在生產(chǎn)應(yīng)用中能根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的熱電偶,為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本。
　　真空熱處理技術(shù)具有無氧化、無脫碳、表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)過熱處理的工件,在耐磨性、耐腐蝕性等方面有很大的進(jìn)步。真空熱處理已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備關(guān)鍵部件的處理，是軍品、民品中關(guān)鍵的熱處理，所以說真空熱處理技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前先進(jìn)的熱處理生產(chǎn)技術(shù)的主要標(biāo)志，在近幾年來真空熱處理技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。
　　真空熱處理爐是真空熱處理的必要條件，真空熱處理的兩大重要指標(biāo)是真空和溫度。本文主要淺談下在真空熱處理爐的溫度控制的關(guān)鍵部件:熱電偶,包括熱電偶的結(jié)構(gòu)、熱電偶的型號、熱電偶的選擇及應(yīng)用。
1熱電偶的結(jié)構(gòu)
　　熱電偶的結(jié)構(gòu)主要是由四大件構(gòu)成:熱電偶偶絲、絕緣套管、保護(hù)管及接線盒,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 
　　其中，接線盒主要是連接熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線使用;保護(hù)管是為了使熱電偶偶絲與使用環(huán)境隔離,并使熱電偶有更好抗機(jī)械強(qiáng)度;絕緣保護(hù)套管是防止熱電偶的正、負(fù)電極之間短路以及熱電偶絲與保護(hù)管之間形成短路;熱電偶偶絲是熱電偶最主要的部分,也是決定熱電偶型號及價(jià)格的關(guān)鍵因素。貴金屬的偶絲直徑一般在0.3~0.65mm之間，廉金屬的偶絲一般在0.5~3.2mm之間。偶絲的測溫端一般是采用焊接的方式形成。
2熱電偶概述
2.1熱電偶的分類
　　一般國內(nèi)真空熱處理爐選用的熱電偶的類型為:PT100鉑電阻、K型熱電偶.N型熱電偶及S型熱電偶。而國外的不同之處在于高溫段選用的熱電偶有所不同,新增加了B型熱電偶與R型熱電偶。
2.2熱電偶的簡介
(1)PT100鉑電阻
　　PT100鉑電阻表示在0℃時(shí)，其阻值為100歐姆。隨著溫度的上升它的阻值成勻速增長,根據(jù)阻值的變化來測定其溫度的變化。PT100鉑電阻在真空熱處理爐上的應(yīng)用比較少,在測量水溫、油溫的時(shí)候會用到,一般使用溫度為0~300℃。
(2)K型熱電偶
　　K型熱電偶的學(xué)名為鎳鉻-鎳硅熱電偶。K型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是:在準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、均勻性等方面較好,價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是300~500℃和800℃左右兩個(gè)區(qū)間電動勢不穩(wěn)定。K型熱電偶是一種廉金屬熱電偶,使用測量范圍0~1200℃,長期使用溫度為1100℃左右,短期為1200℃。
(3)N型熱電偶
　　N型熱電偶的學(xué)名為鎳鉻硅-鎳鉻熱電偶。N型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、均勻性等各方面較好,價(jià)格便宜,同時(shí)克服了K型熱電偶在300~500℃和800℃左右兩個(gè)區(qū)間電動勢不穩(wěn)定。N型熱電偶也是一種廉金屬熱電偶,測量范圍0~1200℃,長期使用溫度為1100℃左右，短期為1200℃。
(4)S型熱電偶
　　S型熱電偶就是我們通常所說的鉑銠熱電偶,學(xué)名為鉑銠10-鉑熱電偶。S型熱電偶在真空熱處理爐中常用的溫度為800~1300℃，這也是S型熱電偶測量精度最高的溫區(qū)。而在800℃以下測溫精度不高,1300℃以上熱電偶容易損壞。S型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是:準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、測量溫區(qū)寬、使用壽命長等;缺點(diǎn)是:價(jià)格昂貴,對污染非常敏感。
(5)R型熱電偶
　　R型熱電偶的學(xué)名為鉑銠13-鉑熱電偶。R型熱電偶長期使用溫度為1300~1500℃，短期可達(dá)到1600℃。R型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是:準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、壽命長;缺點(diǎn)是:價(jià)格昂貴、對污染敏感。
(6)B型熱電偶
　　B型熱電偶的學(xué)名為鉑銠30-鉑銠6熱電偶。B.型熱電偶長期使用溫度為1300-1600℃,短期可達(dá)到1800℃.B型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是:不需要用特殊的補(bǔ)償導(dǎo)線、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、測溫上限高、壽命長;缺點(diǎn)是:價(jià)格昂貴,對污染靈敏。
2.3熱電偶在真空熱處理中的應(yīng)用
　　從上節(jié)熱電偶的簡介中，不難看出每種熱電偶適合的測溫區(qū)域及性價(jià)比。為了更好地對比各種類型的熱電偶,可以做出下面的表格,以便更加清晰地認(rèn)識到各種熱電偶,如表1所示。
 
　　從表1的表格中，我們就可以看出各種類型熱電偶性能、適合的場合以及性價(jià)比,從而選擇出我們真空熱處理爐最適合用的熱電偶。現(xiàn)總結(jié)如下:
(1)低溫段(0~300℃):在這一溫段的應(yīng)用我們一般選擇用PT100鉑電阻，雖然PT100鉑電阻的各方面性能都一般，但是在低溫段上，PT100的性能基本上能滿足設(shè)備的使用要求，最主要的是PT100鉑電阻價(jià)格_上有優(yōu)勢。如果在性能上有更高的要求,大家也可以選擇K型熱電偶或N型熱電偶，當(dāng)然在價(jià)格方面就要貴點(diǎn),實(shí)際情況實(shí)際選擇。
(2)中溫段(300~1000℃):在這一溫段我們一般選用的是K型熱電偶或N型熱電偶。我國傳統(tǒng)的選擇型號標(biāo)準(zhǔn)為K型熱電偶，因?yàn)镵型熱電偶在測溫區(qū)和各方面性能都能滿足這--溫段真空熱處理爐的需求，還有就是K型熱電偶低廉的價(jià)格也是必不可少的一大因素，所以這也是為什么K型熱電偶是目前用量最大的熱電偶。隨著研究人員的研究,近幾年來N型熱電偶在國內(nèi)真空熱處理爐中有了很大的發(fā)展。因?yàn)镹型熱電偶在各反面性能指標(biāo)上都與K型熱電偶不相上下，同時(shí)克服了K型熱電偶在300~500℃和800℃左右兩個(gè)區(qū)間電動勢不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，在價(jià)格方面N型熱電偶也是-種廉價(jià)的熱電偶。所以現(xiàn)在N型熱電偶展現(xiàn)出了一種良好的發(fā)展趨勢,逐步有很多設(shè)備N型熱電偶取代了K型熱電偶的應(yīng)用。如果在這一-溫段,真空熱處理爐對溫度性能指標(biāo)有更高的要求的話,大家也可以選擇s型熱電偶,當(dāng)然s型熱電偶昂貴的價(jià)格就是大家需要考慮的一個(gè)問題了。
(3)高溫段(1000~1300℃):在這一溫段真空熱處理爐國內(nèi)一般選擇s型熱電偶,s型熱電偶使用溫度高、性能指標(biāo)也更加優(yōu)越,同時(shí)S型熱電偶也是曾經(jīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。有些使用溫度在1000~1200℃的真空熱處理爐也會選用K型熱電偶或N型熱電偶,其低廉的價(jià)格是主要的因素。國外在1200℃、1300℃選用的熱電偶-般是R型熱電偶為主,因?yàn)閲庋芯繖C(jī)構(gòu)通過研究表明,R型熱電偶性能優(yōu)于s型熱電偶,但是在國內(nèi)真空熱處理行業(yè),R型熱電偶一直沒有推廣開來,還是以傳統(tǒng)的S型為主。B型熱電偶其使用范圍要更高，所以在1300℃使用頻率也是非常低的。
3熱電偶保護(hù)管的介紹及應(yīng)用
　　提到熱電偶，都是在談?wù)揝型、K型等偶型,大家都忽略了熱電偶的一個(gè)重要部件:熱電偶的保護(hù)管。真空熱處理爐中常用的熱電偶使用的保護(hù)管，可以分分為兩大類:金屬保護(hù)管、非金屬保護(hù)管。
3.1金屬保護(hù)管
　　金屬保護(hù)管是1300℃以下真空熱處理爐常用的一種保護(hù)管,金屬保護(hù)管材質(zhì)一般是不銹鋼,根據(jù)不銹鋼標(biāo)號的不同用于不同的溫段，分別是:201、301不銹鋼保護(hù)管主要用于0~600℃區(qū)間使用的熱電偶;304、321、316、2520不銹鋼保護(hù)管主要用于600~1000℃區(qū)間使用的熱電偶;3030、3039主要用于1000~1300℃區(qū)間使用的熱電偶。近幾年有了更多的合金保護(hù)管的出現(xiàn)，以適應(yīng)1300高溫點(diǎn)的使用,但是都還在近一步的試驗(yàn)、推廣中。
3.2非金屬保護(hù)管
　　非金屬保護(hù)管以剛玉管為主，溫度更高就需要用到石墨管。剛玉管使用溫度可達(dá)到1800℃,石墨可達(dá)到更高的3000℃。
　　在真空熱處理爐中，我們一般用到的都是各種材質(zhì)的金屬保護(hù)管，因?yàn)榻饘俦Ｗo(hù)管對溫度的反映靈敏、溫差小。其缺點(diǎn)就是不耐高溫,最高使用溫度1200℃左右,當(dāng)超過1300℃時(shí)要慎用。想要長期在1300℃下使用，我們就需要選擇使用非金屬保護(hù)管。非金屬保護(hù)管耐高溫,但是有個(gè)缺點(diǎn)那就是對溫度變化的靈敏度稍差，如果真空熱處理爐中對恒溫區(qū)這一項(xiàng)指標(biāo)有比較高的要求如:±3℃或更高,就不適合使用非金屬保護(hù)管。由于金屬保護(hù)管對溫度反應(yīng)靈敏，但是不耐高溫而非金屬保護(hù)管耐高溫對溫度的反應(yīng)稍差,都各自都有缺點(diǎn),也就催生了一種新的保護(hù)管的出現(xiàn),那就是金屬陶瓷保護(hù)管。金屬陶瓷保護(hù)管克服了金屬保護(hù)管與非金屬保護(hù)管的缺點(diǎn),有很好的應(yīng)用前景。但是現(xiàn)在真空熱處理爐中還沒有得到好的推廣。
4結(jié)束語
　　在真空熱處理爐中熱電偶是一個(gè)很關(guān)鍵的部件,不僅僅是由于其是溫度控制的關(guān)鍵,還因?yàn)闊犭娕际且环N消耗品。不管哪一類型真空熱處理爐,隨著使用的時(shí)間增長,熱電偶的測溫精度都會下降。所以根據(jù)使用的頻率我們過一定的時(shí)間段，為了保證設(shè)備的測溫、控溫精度能都達(dá)到要求都會去更換新的熱電偶來保證設(shè)備的正常使用。這就需要選擇合適的熱電偶,來降低設(shè)備的生產(chǎn)成本。希望通過本文可以讓大家更好的認(rèn)識熱電偶，能為大家?guī)砹己玫慕?jīng)濟(jì)效益,節(jié)約成本。