N型熱電偶熱電勢(shì)穩(wěn)定性

摘要:N型熱電偶是近20年廉金屬熱電偶合金材料研究方面取得的重要成果,有明顯的優(yōu)點(diǎn)。而作為溫度傳感器,熱電偶在長(zhǎng)期使用過程中的熱電穩(wěn)定性是人們最為關(guān)心的問題。通過對(duì)N型熱電偶合金絲及N型鎧裝熱電偶的長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)的考核,結(jié)果無論是用氧化鋁絕緣的裸絲N型熱電偶,還是鎧裝N型熱電偶,在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦的長(zhǎng)期最高工作溫度下試驗(yàn),熱電偶均呈現(xiàn)了良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。故表明N型鎧裝熱電偶的長(zhǎng)期穩(wěn)定性能良好,大有取代K型熱電偶成為工業(yè)測(cè)溫的主要熱電偶品種的趨勢(shì)。
1引言
      N型熱電偶是近20年廉金屬熱電偶合金材料研究方面取得的重要成果。同已在工業(yè)上廣泛使用的K型熱電偶相比,有著明顯優(yōu)點(diǎn):(1)N型熱電偶克服了K型熱電偶在250~650℃由于短程“有序無序”轉(zhuǎn)變?cè)斐傻臏y(cè)量誤差;(2)N型熱電偶克服了K型熱電偶在150~260℃范圍內(nèi)發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變而引起的熱電勢(shì)活動(dòng);(3)正極Cr、Si含量的提高和Mn元素的加人，以及負(fù)相Si含量的增加,大大增強(qiáng)了含量的抗氧化能力,有利于提高其使用壽命。因此N型熱電偶大有取代K型熱電偶成為工業(yè)測(cè)溫的主要熱電偶品種的趨勢(shì)。
      作為溫度傳感器,熱電偶在長(zhǎng)期使用過程中的熱電穩(wěn)定性是人們最為關(guān)心的性能指標(biāo)。鎧裝熱電偶所處的環(huán)境溫度及其分布,以及套管、絕緣材料等都會(huì)對(duì)熱電偶的長(zhǎng)期穩(wěn)定性造成影響。我們?cè)囼?yàn)研究了N型熱電偶合金絲及N型鎧裝熱電偶的長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn),觀察其熱電勢(shì)漂移情況。本實(shí)驗(yàn)獲得的N型熱電偶穩(wěn)定性數(shù)據(jù),對(duì)N型熱電偶的應(yīng)用有-定的參考價(jià)值。
2實(shí)驗(yàn)
2.1實(shí)驗(yàn)材料
      熱電偶合金絲選用的N型熱電偶絲性能熱電性能符合IEC580標(biāo)準(zhǔn),其化學(xué)成分見表1,偶絲直徑為?3.2mm.?2.0mm兩種

      進(jìn)行熱電偶絲穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的樣品采用商用氧化鋁瓷珠絕緣。制作鎧裝熱電偶的絕緣材料采用電熔MgO,電熔MgO的雜質(zhì)見表2。

      制作鎧裝熱電偶的套管材料選用GH140、GH3030兩種合金,合金成份見表3。

2.2試樣制備
      截取1m長(zhǎng)的N型熱電偶絲,用氬弧焊機(jī)將正負(fù)極偶絲焊接在一起,形成光亮球型的測(cè)量端,將焊好的偶絲穿人氧化鋁絕緣瓷珠,即制成偶絲穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)樣品，?3.2mm和?2.0mm各兩只。將高純電熔氧化鎂燒成的瓷柱、N型偶絲分別用=GH3030、GH140套管組裝,然后經(jīng)多次拉拔和退火制成?4mm的鎧裝熱電偶電纜。在上述鎧裝熱電偶電纜中取樣,制成1m長(zhǎng)的鎧裝熱電偶樣品。為減少雜質(zhì)元素和干擾,熱電偶測(cè)量端為絕緣型,冷端用環(huán)氧樹脂密封。樣品的絕緣電阻見表4.
2.3實(shí)驗(yàn)與結(jié)果
      將熱電偶試樣置于GL-4型熱電偶檢定爐,爐子由溫控儀自動(dòng)控制,控溫精度為±0.5℃。測(cè)試用0.01級(jí)UJ-51型低電勢(shì)直流電位差計(jì)和0.5級(jí)AC15/5型直流復(fù)射式檢流計(jì)測(cè)量。冷端置于冰點(diǎn)槽,用比較法測(cè)量熱電勢(shì)。

      先將爐溫升至實(shí)驗(yàn)溫度,測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì),每隔1h測(cè)量一次,待兩次測(cè)試結(jié)果ΔE<60μV時(shí),確定為穩(wěn)定性試驗(yàn)的起點(diǎn),以起點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)作參考,計(jì)算電勢(shì)漂移。
圖1是?3.2mmN型偶絲的長(zhǎng)期穩(wěn)定性數(shù)據(jù),圖2是?2mmN型偶絲的長(zhǎng)期穩(wěn)定性數(shù)據(jù),圖3是?4.0mm鎧裝N型熱電偶的長(zhǎng)期穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
      無論是用氧化鋁絕緣的裸絲N型熱電偶,還是鎧裝N型熱電偶，在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦的長(zhǎng)期最高工作溫度下試驗(yàn)1000h(42天),熱電偶均呈現(xiàn)了良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。主要是因?yàn)?(1)在N型熱電偶的正極中增加Cr,Si含量,使鎳鉻合金的氧化模式由內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變成外氧化,致使氧化反應(yīng)僅在表面進(jìn)行;(2)又在負(fù)極中增添溶質(zhì)元素Mg與Si,盡管Si含量增大要降低熱電動(dòng)勢(shì),但可使金屬與氧化物間的鈍化膜更加致密。并因Mg與Si擇優(yōu)氧化形成擴(kuò)散勢(shì)壘,阻止“綠蝕”現(xiàn)象向內(nèi)部擴(kuò)散,抑制進(jìn)一步氧化發(fā)生。因此,它的高溫穩(wěn)定性與使用壽命較目前常用的K型熱電偶明顯提高。

      常用高溫合金與N型熱電偶絲和氧化鎂絕緣陶瓷的相容性好,鎧裝后對(duì)熱電偶的熱電性能影響不大。
5結(jié)論
      N型熱電偶偶絲以及鎧裝N型熱電偶,在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦的長(zhǎng)期最高工作溫度下試驗(yàn),均呈現(xiàn)了良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。故表明N型鎧裝熱電偶的長(zhǎng)期穩(wěn)定性能良好,大有取代K型熱電偶成為工業(yè)測(cè)溫的主要熱電偶品種的趨勢(shì)。