專(zhuān)用K型鎧裝熱電偶制作工藝的研究

摘要:介紹了專(zhuān)用K型鎧裝熱電偶材料制作工藝的研究，經(jīng)采用--種新型高溫合金和性能高偶絲試制出某專(zhuān)用鎧裝熱電偶電纜。大量的試驗表明,這種鎧裝熱電偶電纜能夠滿(mǎn)足特定情況下溫度的測量要求。
1引言
　　制作某特定情況下溫度測量的傳感器,不僅要求熱電偶具有較高的精度和穩定性,而且由于測量電路的特殊性，對熱電偶回路電阻也提出了嚴格的要求。英國、法國等國在此特定環(huán)境中均采用專(zhuān)用鎧裝熱電偶產(chǎn)品。為解決國產(chǎn)新型溫度測量的傳感器問(wèn)題,我們采用新型高溫合金和性能高偶絲,試制了某特定情況下溫度測量的專(zhuān)用鎧裝熱電偶電纜。大量的試驗表明這種鎧裝熱電偶電纜能夠滿(mǎn)足測量要求。
2選材和鎧裝熱電偶材料制備方法
2.1外套管材料
　　由于傳感器長(cháng)期處于高溫燃氣環(huán)境,同時(shí)系統對傳感器響應時(shí)間、結構尺寸有--定限制,常用GH3030和GH3039等高溫合金制成的鎧裝熱電偶在高溫燃氣環(huán)境中效果不理想。因此,我們選用了一種新型高溫合金材料用于鎧裝熱電偶的外套管。新合金是一種以鎢、鉬固溶強化，并用硼、鈰、鋯強化晶界的鎳基高溫合金。具有強度高、抗高溫氧化和耐持久蠕變的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)該合金具有優(yōu)良加工塑性和焊接等性能，適用于制造在950℃下長(cháng)期工作的航空發(fā)動(dòng)機燃燒室火焰筒、加力燃燒室殼體、調節片及其它高溫零部件。合金的化學(xué)成分表1。

2.2熱電偶絲
　　K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶。測溫范圍為-200~1300℃,它具有測量溫度高,靈敏度較高,線(xiàn)性度好,抗氧化能力強,穩定性和均勻性好的優(yōu)點(diǎn)。為進(jìn)一步改善鎧裝熱電偶材料的高溫穩定性,我們選用摻稀土的性能高K型熱電偶絲。偶絲合金成分表2。

2.3絕緣材料
　　合理控制絕緣材料的化學(xué)成分,防止絕緣材料中的有害雜質(zhì)與偶絲發(fā)生化學(xué)反應是提高鎧裝熱電偶材料高溫穩定性的重要環(huán)節。將絕緣粉末制成半燒結狀態(tài)瓷柱,瓷柱的尺寸對鎧裝熱電偶材料在拉拔過(guò)程中壁厚及偶絲的變化量也有-定的影響,必須嚴格控制。
2.4結構尺寸設計
　　除了外套管和偶絲的原始尺寸對成品尺寸構成影響以外,在制造工藝過(guò)程中,絕緣瓷拄的尺寸及燒結溫度、拉拔的配模.道次及熱處理制度均會(huì )影響成品的尺寸。根據工藝過(guò)程中尺寸參數的變化規律,進(jìn)行試驗和計算,并根據用戶(hù)提出的鎧裝熱電偶的技術(shù)要求,結合我們長(cháng)期的鎧裝加工工藝經(jīng)驗,從而確定工藝參數。產(chǎn)品結構示意圖見(jiàn)圖1。

2.5鎧裝工藝
　　鎧裝熱電偶材料的鎧裝加工是將偶絲、絕緣材料及外套管組合在一起,采用拉拔變形至成品尺寸的一系列工藝過(guò)程。鎧裝加工工藝流程如圖2。

2.5.1拉拔工藝
　　為嚴格控制尺寸要求,在常規拉拔工藝基礎上,設計了新的拉拔配模工藝。拉制的鎧裝電纜芯線(xiàn)電阻的均勻性大幅提高,并提高了成品率及產(chǎn)品質(zhì)量。
2.5.2熱處理工藝
　　采用先進(jìn)的保護氣氛連續熱處理，確保均勻充分。為保證電纜的加工,采用較高的中間熱處理溫度,選用較低的成品熱處理溫度,防止熱處理工藝對性能影響以及芯線(xiàn)晶粒長(cháng)大,確保力學(xué)性能。
3結果與討論
3.1尺寸檢驗
　　外徑為φ2.5mm的鎧裝熱電偶材料尺寸檢驗數據見(jiàn)表3,芯線(xiàn)、壁厚頭尾均勻，均滿(mǎn)足指標要求。

3.2熱電勢分度試驗[)]
　　鎧裝電纜分度試驗數據見(jiàn)表4所示。

3.3絕緣電阻試驗
　　航空專(zhuān)用鎧裝熱電偶材料絕緣電阻采用ZC-7兆
　　歐表進(jìn)行檢測,測量電壓為500V，其室溫絕緣電阻高溫絕緣電阻見(jiàn)表5、6。其結果均滿(mǎn)足JB/T8205-1999標準要求。

3.4每米電阻試驗
　　將4支樣品一端正負極短接,測量正負極回路每米電阻值,結果均為合格。測量結果見(jiàn)表7。

3.5可撓度試驗
　　根據JIB/T8205-1999規定的試驗方法對4支φ
2.5鎧裝熱電偶材料樣品進(jìn)行5倍外徑可饒度試驗,表面質(zhì)量、電連續性、絕緣電阻性能完好,滿(mǎn)足要求。.
3.6外管完整性試驗
　　將4支φ2.5鎧裝熱電偶材料兩端密封后水浸,60min后絕緣電阻≥1000MΩ.m,滿(mǎn)足JB/T8205-1999要求。
3.7長(cháng)期穩定性試驗
　　將4支φ2.5mm鎧裝熱電偶材料樣品參考AST-ME601-1997<《在空氣中比較單極廉金屬熱電偶材料熱電勢穩定性的標準試驗方法》進(jìn)行850℃,1000h穩定性試驗,試驗結果見(jiàn)圖3。在1000h穩定性試驗中,熱電勢變化滿(mǎn)足±5℃的要求。

4結論
　　通過(guò)研究，我們可以得出以下結論:
(1)研制的專(zhuān)用鎧裝熱電偶測量精度高,-致性好,其允差可以控制在0.375%絕對值以?xún)?回路電阻的變化可以控制在士5%以?xún)?。且生產(chǎn)工藝具有較好的重復性。
(2)由于采用新型高溫合金作為外套管,鎧裝熱電偶的高溫穩定性大大提高,在850℃,1000h穩定性試驗中,熱電勢變化不超過(guò)士5℃。
(3)研究表明,該專(zhuān)用鎧裝熱電偶可以滿(mǎn)足特定情況下溫度的測量要求。