鎧裝貴金屬熱電偶存在的問題及解決方法

自1955年荷蘭研制出第一支鎧裝熱電偶以來，世界各國在實體型溫度傳感器的研發方面取得了飛躍的發展。鎧裝熱電偶被廣泛地應用在科研、生產、開發的各個技術領域。
　　鎧裝熱電偶是一種先進的溫度傳感器。它可分成兩大類:一類是鎧裝貴金屬熱電偶，另一類是鎧裝廉金屬熱電偶。是基于塞貝克工作原理，來實現溫度測量，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、機械性能高、抗震、耐高壓沖擊、耐介質化學腐蝕性能好等特點。在生產和科研中，選用顯示調節儀表和鎧裝熱電偶相連接可實現準確連續測溫，為生產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，價格也比較昂貴。所以，有些生產廠家制造了一些不規范的鎧裝貴金屬熱電偶產品。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生產的正常運行。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了影響。目前市場銷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個方面的問題。
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復合拉伸后制成，如圖1所示。
 
　　存在的問題: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，在生產中，經復合拉伸，熱電極、絕緣物及外套管之間相互摩擦，從而產生內、外應力，造成熱電極機械劃傷、幾何尺寸各異，熱電極晶粒組織發生變化，內能集聚，引起微觀熱電性能發生變化。制成熱電偶后，會產生熱電極、斷裂而影響熱電偶測量的精度。
　　解決問題的方法:在進行該種熱電偶的設計和研制時，要特別注意這3種材料的物理匹配性問題，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不相容的問題。.
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復合拉伸后制成。這種鎧裝熱電偶保持了上述類型鎧裝貴金屬熱電偶的許多特點。
　　存在的問題:由于材料之間的化學不相容性,存在著嚴重的貴金屬熱電極污染問題。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，熱電極的化學成分發生變化，進而改變了熱電偶的熱電動勢值，造成嚴重誤差，經過測試可不同程度地帶來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，應科學地考慮材料的力學性能(即延伸率和抗拉強度)等問題。
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。
　　存在的問題:①沒有經過任何鎧裝熱電偶生產的工藝程序。②廉金屬外套管還會造成貴金屬熱電極嚴重污染。所以，存在的問題比較多，不具備鎧裝貴金屬熱電偶的特點及性能。另外，在裝配時，熱電極的插人深度還存在著不確定性，會造成很大的誤差。生產的熱電偶經測試會帶來3℃~6℃的誤差。因此，不能真實地反映被測介質的溫度。實際上這是一種裝配式工業熱電偶。
另外，鎧裝貴金屬熱電偶在生產中還應該注意下面兩個問題:
(1)鎧裝貴金屬熱電偶在火焰型氣體環境下使用時，會發生催化效應，對測溫精度有影響。因為過渡族元素如鉑、銠等具有化學催化作用。在溫度測量過程中，由于化學反應熱的疊加，會出現比工況環境實際溫度偏高的現象。
解決問題的方法: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，若無嚴格的干燥程序，潮氣被封人鎧材內，就會發生輸出熱電動勢嚴重漂移，常溫、高溫絕緣性能下降，測量精度降低等問題。
　　解決問題的方法:鎧裝熱電偶在絕緣封裝工藝過程中，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，同時用兆歐表反復測量絕緣電阻，當絕緣電阻達到技術標準要求時，用點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復合拉伸后制成。
這種鎧裝熱電偶存在3方面的問題:
(1)在高溫下的空氣中長期加熱，熱電極材料在遭受氧化或中子輻、照時元素發生嬗變,熱電動勢發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居里點高、磁性轉變等特點，受熱會出現與時間無關的熱電動勢紊亂現象。
(3)在250℃~550℃的溫度范圍內，受熱會使熱電動勢發生短期的可逆性變化。
　　解決問題的方法:鎧裝熱電偶要避免在有外磁場干擾的環境中使用。可選用熱電穩定性能優異的N型熱電偶進行低、中、高三個溫度區域的溫度測量。
　　鑒于市場上銷售鎧裝貴金屬熱電偶產品存在的問題比較多，生產廠家制造鎧裝貴金屬熱電偶時，應注意熱電極、絕緣材料、外套管之間的物理匹配性和化學相容性的問題。并且，進行適當的熱處理，合理的熱電偶機構、正確的安裝和適時校準等,這樣才能保證生產出質量高、穩定性好的鎧裝貴金屬熱電偶。
　　對于用戶，應提高鑒別鎧裝貴金屬熱電偶產品的能力，選擇質量高、穩定性好的鎧裝貴、廉金屬熱電偶，以便更好地保證工業企業環境的溫度測量，減少國家和企業的經濟損失。