铠装热电偶使用注意事项

2017/11/4 20:26:42 人评论 次浏览 分类:温度测量  文章地址://www.e-cumulus.com/tech/1591.html

昌晖仪表制造有限公司在二十年铠装热电偶设计生产、欧洲技术引进和应用中,积累了丰富的经验,铠装热电偶使用注意事项可作为铠装热电偶使用白皮书,对用户延长铠装热电偶使用寿命和提高测温精度大有帮助。

1、铠装热电偶材料的选择,应依据使用温度、允差要求及所处环境,正确选择铠装热电偶的直径和保护管材料,这是提高使用寿命和测温精度的重要前提。在中温范围通常选择不同牌号的不锈钢,在高温范围可选择镍基高温合金。

2、氧化镁绝缘材料易吸水,吸水后绝缘性能下降,必须注意密封于防潮。按照国家标准GB/T 18404-2001要求,氧化镁纯度要高于96%(质量分数)。

美国标准对氧化铝、氧化镁纯度要求很高,Al2O3质量分数为99.65%,MgO质量分数为99.4%,而且廉金属热电偶的MgO纯度仍为97.00%(质量分数)。具体要求将表1和表2。

表1   对铠装热电偶(阻)的MgO及Al2O3的纯度要求(ASTM E1652-2003)
Al2O3中的杂质          Al2O3中的杂质含量(质量分数)                   MgO中的杂质           MgO中的杂质含量(质量分数%)
Fe2O3                       <0.04%                                                   CaO                         <0.35%
SiO2                         <0.08%                                                   Al2O3                       <0.15%
CaO                         <0.08%                                                   Fe2O3                       <0.04%
MgO                        <0.08%                                                   SiO2                         <0.13%
ZrO2                         <0.08%                                                   C                             <0.02%
Na2O                        <0.06%                                                   S                             <0.005%
C                              <0.01%                                                   B                             <0.0035%
S                               <0.005%                                                Cd                           <0.01%
Cd                            <0.001%                                                 B+Cd                      <0.004%
B                              <0.001%
 

表2  对廉金属铠装热电偶用MgO纯度要求(ASTM E1652-2003)
MgO中的杂质                         MgO中的杂质含量(质量分数)
CaO                                       <0.80%
Al2O3                                     <1.00%
Fe2O3                                     <0.08%
SiO2                                       <1.20%
Fe                                           <0.02%
C                                            <0.02%
S                                            <0.005%
B                                            <0.0025%
Cd                                          <0.001%
B+Cd                                     <0.003%
MgO+CaO+Al2O3+SiO2        >99.5%

值得注意的问题是,采用MgO和Al2O3粉做绝缘材料,其绝缘强度随温度上升呈指数下降,尤其在1200℃下,绝缘电阻急剧下降。而烧成后的绝缘性,将比相同粉体材质提高10倍。

3、铠装热电偶要充分退火,否则热电性能往往不稳定,测量精度低,挠性也不好。
4、细直径铠装热电偶电阻大,接动圈仪表时应注意阻值匹配问题。
5、应铠装热电偶金属套管壁薄,热电偶丝细,因而使用温度较低。
6、铠装热电偶的挠性虽好,但若过度的反复弯曲,就产生附加热电动势,引起较大的测量误差。
7、各国虽已制定了有关铠装热电偶的标准,但目前不同厂家生产的铠装热电偶所用的套管材质、壁厚及偶丝的直径往往不同,及时外径相同,但偶丝直径及壁厚却不同,因而铠装热电偶性能也各异,在选择时应选用知名热电偶厂家的产品。 
8、绝缘型热电偶和结构对铠装热电偶响应时间的影响。由于测量端与套管之间的MgO的致密程度是热电偶制作时难以控制的因素,可采用滚压法将靠近测量端的套管直径缩小约8%,但不让套管伸长,只使测量端周围的MgO变得致密(图1)。端部滚压的好处:一是响应时间短;而是响应时间与温度关系变成线性(图2)。铠装热电偶若安装在测温插管内,则其响应时间取决于测温插管的外径。另外,热电偶与插管之间形成一个环状空间,该空间内充罐的物质对响应时间有极大影响。在250℃时,如果冲灌的是氩,则响应时间为充氦的3倍,是充灌金属的9倍(图3)。由图3看出,环状空间内若充灌导热率低的物质,则温度对响应时间的影响比充灌导热率高的物质要大。例如从250-650℃,充氩的响应时间缩短30%,充氦的缩短14%,而充液态金属却几乎无变化。
经滚压后铠装热电偶剖视图               
图1    经滚压后铠装热电偶剖视图
               
   
K型铠装热电偶在端部滚压前后的响应时间与温度的关系
图2   K型铠装热电偶在端部滚压前后的响应时间与温度的关系

响应时间与环状空间充灌物质和温度的关系
图3     响应时间与环状空间充灌物质和温度的关系

9、注意铠装热地那偶型号表示,各项是否满足要求。铠装热电偶型号表示方法请移步//www.e-cumulus.com/product/119.html 
10、引起铠装热电偶故障的因素:

①热膨胀系数差异。热电极材料与保护管之间热膨胀系数的不同,是造成细铠装热电偶故障原因之一。图4比较了几种材料的热膨胀情况。热膨胀差异将产生应变,当该种应变产生的应力超过镍铝合金屈服强度时,导致热电极在薄弱点或应力集中处发生断裂。

图4     热电极丝与保护管的平均膨胀系统

②偶丝尺寸的影响。昌晖仪表在大量应用实践和用户现场反馈中发现:小直径铠装热电偶(Φ0.5mm)的故障率较大直径铠装热电偶高。因此,存在与偶丝尺寸(直径大小)有关的影响因素。其中晶粒长大是引起故障的重要因素。在铠装热电偶生产加工过程中,要经过反复的拉拔和退火,促使晶粒生长越来越快,致使晶粒尺寸有可能变得与偶丝直径相仿,使用的部位晶界就横贯了偶丝直径,在高温下,晶界本来就比晶粒内部脆弱,一旦有应力产生,偶丝将沿晶界断裂。
③晶粒尺寸。铠装热电偶的制造过程及测量端形式对晶粒尺寸均有影响。

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