鎧裝貴金屬熱電偶存在的問(wèn)題及解決方法

自1955年荷蘭研制出第一支鎧裝熱電偶以來(lái)，世界各國在實(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用在科研、生產(chǎn)、開(kāi)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(lèi):一類(lèi)是鎧裝貴金屬熱電偶，另一類(lèi)是鎧裝廉金屬熱電偶。是基于塞貝克工作原理，來(lái)實(shí)現溫度測量，是由熱電極、套裝氧化鎂易碎絕緣子及金屬保護管經(jīng)復合拉伸后制成。其性能具有精度高、響應速度快、熱性能好、體積小、不怕彎曲、結構堅實(shí)、機械性能高、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，選用顯示調節儀表和鎧裝熱電偶相連接可實(shí)現準確連續測溫，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雜，價(jià)格也比較昂貴。所以，有些生產(chǎn)廠(chǎng)家制造了一些不規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(lái)了影響。目前市場(chǎng)銷(xiāo)售的鎧裝熱電偶按選擇材料的不同主要有以下4種結構形式，存在6個(gè)方面的問(wèn)題。
1第一種結構形式
　　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)復合拉伸后制成，如圖1所示。
 
　　存在的問(wèn)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、外應力，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，內能集聚，引起微觀(guān)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量的精度。
　　解決問(wèn)題的方法:在進(jìn)行該種熱電偶的設計和研制時(shí)，要特別注意這3種材料的物理匹配性問(wèn)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(xué)不相容的問(wèn)題。.
2第二種結構形式
　　由貴金屬熱電極、氧化鎂絕緣材料及廉金屬外套管經(jīng)復合拉伸后制成。這種鎧裝熱電偶保持了上述類(lèi)型鎧裝貴金屬熱電偶的許多特點(diǎn)。
　　存在的問(wèn)題:由于材料之間的化學(xué)不相容性,存在著(zhù)嚴重的貴金屬熱電極污染問(wèn)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(xué)成分發(fā)生變化，進(jìn)而改變了熱電偶的熱電動(dòng)勢值，造成嚴重誤差，經(jīng)過(guò)測試可不同程度地帶來(lái)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(xué)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，應科學(xué)地考慮材料的力學(xué)性能(即延伸率和抗拉強度)等問(wèn)題。
3第三種結構形式
　　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(wèn)題:①沒(méi)有經(jīng)過(guò)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重污染。所以，存在的問(wèn)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(zhù)不確定性，會(huì )造成很大的誤差。生產(chǎn)的熱電偶經(jīng)測試會(huì )帶來(lái)3℃~6℃的誤差。因此，不能真實(shí)地反映被測介質(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)中還應該注意下面兩個(gè)問(wèn)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，對測溫精度有影響。因為過(guò)渡族元素如鉑、銠等具有化學(xué)催化作用。在溫度測量過(guò)程中，由于化學(xué)反應熱的疊加，會(huì )出現比工況環(huán)境實(shí)際溫度偏高的現象。
解決問(wèn)題的方法:為保證其測溫精度，應在外鎧測溫端涂敷耐腐蝕、耐高溫導熱涂料。
(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(wú)嚴格的干燥程序，潮氣被封人鎧材內，就會(huì )發(fā)生輸出熱電動(dòng)勢嚴重漂移，常溫、高溫絕緣性能下降，測量精度降低等問(wèn)題。
　　解決問(wèn)題的方法:鎧裝熱電偶在絕緣封裝工藝過(guò)程中，測量端要留排氣孔，然后用噴燈反復烘烤、加.熱，使潮氣從排氣孔排出，同時(shí)用兆歐表反復測量絕緣電阻，當絕緣電阻達到技術(shù)標準要求時(shí)，用點(diǎn)焊將排氣孔迅速封死。
4第四種結構形式
　　由廉金屬熱電極、氧化鎂絕緣材料及廉金屬外套管經(jīng)復合拉伸后制成。
這種鎧裝熱電偶存在3方面的問(wèn)題:
(1)在高溫下的空氣中長(cháng)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)勢發(fā)生逐漸地累積性漂移。
(2)在25C~225℃的溫度范圍內，由于材料本身存在著(zhù)居里點(diǎn)高、磁性轉變等特點(diǎn)，受熱會(huì )出現與時(shí)間無(wú)關(guān)的熱電動(dòng)勢紊亂現象。
(3)在250℃~550℃的溫度范圍內，受熱會(huì )使熱電動(dòng)勢發(fā)生短期的可逆性變化。
　　解決問(wèn)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?？蛇x用熱電穩定性能優(yōu)異的N型熱電偶進(jìn)行低、中、高三個(gè)溫度區域的溫度測量。
　　鑒于市場(chǎng)上銷(xiāo)售鎧裝貴金屬熱電偶產(chǎn)品存在的問(wèn)題比較多，生產(chǎn)廠(chǎng)家制造鎧裝貴金屬熱電偶時(shí)，應注意熱電極、絕緣材料、外套管之間的物理匹配性和化學(xué)相容性的問(wèn)題。并且，進(jìn)行適當的熱處理，合理的熱電偶機構、正確的安裝和適時(shí)校準等,這樣才能保證生產(chǎn)出質(zhì)量高、穩定性好的鎧裝貴金屬熱電偶。
　　對于用戶(hù)，應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?lài)液推髽I(yè)的經(jīng)濟損失。