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贵金属铠装热电偶的发展及合理规则

发布时间:2020-08-20   点击次数:46次

概述:

贵金属铠装热电偶具有特殊的结构和特性,对套管、偶丝、绝缘材料进行了介绍,列出了贵金属铠装热电偶相关标准,并介绍了其应用领域。对贵金属铠装热电偶的发展方向进行了展望。

贵金属热电偶具有测温准确度高、稳定性好,测温区宽,使用寿命长等优点,被广泛应用于钢铁、冶金、石油化工、玻璃纤维、电子、航空和航天等领域。但是贵金属热电偶在高温环境下强度降低,对环境污染敏感,难以适应在复杂环境下或空间狭窄区域要求弯曲且热响应时间短的场所。

贵金属铠装热电偶是在贵金属热电偶的基础上发展出的一种*测温材料,其采用氧化镁或其它绝缘材料,将偶丝和绝缘材料装配在一根贵金属合金管中经反复拉拔和退火处理,加工成一体的细长的不可拆卸的坚固实体,其具有抗振动、耐高压、耐介质化学腐蚀、能弯曲、响应时间短和坚固耐用等优点。我国对贵金属铠装热电偶的研制工作起步较晚,主要对贵金属铠装热电偶的外套管材料、绝缘材料、偶丝材料的选取,铠装热电偶的加工工艺,贵金属铠装热电偶的性能等方面开展了一些研究工作,但相关的文献报道较少。

1、贵金属铠装热电偶的结构和特性  
①贵金属铠装热电偶的结构 贵金属铠装热电偶主要由贵金属套管、绝缘材料、偶丝材料构成,通常在贵金属外套管和偶丝之间充填氧化镁或其它绝缘材料,在保持高温绝缘的情况下使偶丝处于气密状态,从而防止由于空气或高温下气体使热电偶腐蚀和劣化。图1为贵金属铠装热电偶的断面结构示意图。

贵金属铠装热电偶断面结构示意图


贵金属铠装热电偶的热端可作成接壳式、绝缘式、露端式以及用于测量高速瞬变气流温度的带阻滞室式,如图2所示。

贵金属铠装热电偶热端结构形式示意图


②贵金属铠装热电偶的特性 
贵金属铠装热电偶的特性可概括为:
a、耐腐蚀,由于受金属管的保护,贵金属铠装热电偶丝被气密性保护,即使在氧化、易腐蚀环境下也可使用;
b、热电势稳定性好,长期使用热电势漂移小;
c、使用温度上限高;
d、铠装热电偶端部被气密性封闭,内部无残留气体,热电偶丝不易应化学反应而恶化;
e、绝缘电阻高,贵金属铠装热电偶在室温下可达到50MΩ以上;
f、产品规格、保护管材料可根据用户要求加工,适用多种环境场合,经久耐用;
g、易弯曲,挠性好,安装、装配简单,安装条件不苛刻;
h、耐压、耐震动;
i、热响应时间短;
j、寿命长,因受外金属管的保护,使热电偶丝的恶化得到抑制,恶化周期变长,因此比普通热电偶的使用寿命长。 

2、贵金属铠装热电偶用套管  
铠装热电偶的套管材料通常选用不锈钢(如SUS310s、SUS316、AISI446等)、高温合金(GH3039、Hastelloy X等)、钽、钼、铌合金,但是这些廉金属材料通常对氮、氧、氢和碳具有化学活性,在测量复杂环境温度时受到限制难以得到广泛应用,仅在原子能工业中为了测量熔融金属铋、钠、钾、铅、钠-钾合金的温度以及特殊腐蚀介质的温度而采用钽或铌作为外套管的铠装热电偶。文献报道了一种铠装热电偶,这种热电偶由Pt-Rh10/Pt偶丝,氧化镁绝缘材料和GH39高温合金管构成,文献介绍了Hastelloy X合金作为外管的铠装热电偶材料,它和绝缘材料、热电偶材料具有良好的相容性。

贵金属铠装热电偶的套管材料通常采用铂及铂合金或铱及铱铑合金构成。铂及铂合金具有如下特性:
①高的熔点;
②在900℃以上大气气氛中具有高的抗氧化性和热稳定性;
③具有高的抗腐蚀性,能经受像HNO3、HCN、HF以及高至1600℃熔融玻璃和其他硅酸盐熔体的严重腐蚀;
④高的高温强度及力学稳定性;
⑤良好的延展性和可加工性能,可制作成所要求的结构部件和产品;
⑥良好的可焊接性能,可通过焊接制备所要求的构件。 

从铂及铂合金的特性不难看出,铂及铂合金是理想的贵金属铠装热电偶套管材料。纯铂在高温下强度较低往往因受自身重量及高温冲击、振动而致损坏,因此在铂中添加铑元素以提高材料的高温强度和高温冲击能力,通常含铑量低的铂铑合金在大气中可使用到1500℃,Rh质量分数大于20%的铂铑合金在大气中可使用到1700℃。除铂及铂铑合金制作贵金属铠装热电偶套管材料外,文献[3]中介绍了一种铂钼铠装热电偶,其外套管采用PtMo5合金,在氦气气氛外采用与321型不锈钢相连接。文献[6]介绍了一种双层套管铠装热电偶,其外套管采用钽管或铌管,内套管采用铂或铂铑合金,从而避免偶丝在高温下遭受外套管材料(如Ta、Nb)所引起的污染,保证了偶丝的热点性能的稳定。贵研铂业股份有限公司在贵金属铠装热电偶用套管材料方面进行了深入的研究,开发的铂铑合金外套管的铠装热电偶已*用于某型号航空发动机的研制,表1列出了几种常用的贵金属铠装热电偶用套管材料。 

表1 贵金属铠装热电偶用套管材料 

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