真空冶金专用热电偶

王魁汉，黄明旭.真空炉专用热电偶及其选择.真空VACUUM,2014年11月，第51卷第6期沈阳东大传感技术有限公司，辽宁沈阳110179;2.沈阳计量测试院，辽宁沈阳110179）真空炉专用热电偶及其选择真空炉的共同特点是，在某一特定真空度下的温度测量。2.1热电偶的分类国际标准化组织（ASTME344-08）将热电偶分为3类。准化廉金属热电偶；②标准化贵金属热电偶；③难熔金属热电偶，难熔金属热电偶的定义为：热电偶的单极材料熔点高于1935°C，且热电偶的两极必须是难熔金属或合金。2.2标准化廉金属热电偶标准化廉金属热电偶有，T、J、E、K及N型。当真空炉的工作温度低于1260C时，可选用廉金属铠装热电偶，由于K型热电偶高温稳定性欠佳，在1300C以下推荐使用N型铠装热电偶，可部分替代S型热电偶。1） 镣铬硅-镣硅镁热电偶（N型）的特点高温抗氧化能力强，长期稳定性好；在250~500C范围内短期热循环稳定性好，并抑制磁性转变，热电动势无明显变化；在400~1300C范围内，N型热电偶热电特性的线性度比K型好。2） N型热电偶替代S型热电偶用N型热电偶替代S型热电偶，测量多用炉发热体的温度（1180C）。3） 铠装热电偶的选择耐用型热电偶分为装配式和铠装式两大类。从节约金属材料、使用方便和降低热损失考虑，尽可能采用铠装热电偶。热电偶铠材主要有如下几种：①中高温区铠材我国中温区铠材主要是304、321或1Cr18Ni9Ti，而高温区有310S、Inconel600、NiCr合金。实验表明：在1000~1200C温度范围，随着套管材料不同，漂移量大小各异，其规律为：NiCr<Inconel600<310S漂移量的比值为0.75：1：5。②新型高温铠装热电偶材料Nicrobell这种合金是在Nicrosil化学特性的基础上加入镁与铌元素，提高了合金的抗氧化能力与耐高温强度，用Nicrobell合金制成新型铠装热电偶。用于丰东股份公司1200°C以上温区，取得良好效果。2.3标准化贵金属热电偶标准化贵金属热电偶有S、R及B型。在1260~1750C范围内，可选用贵金属热电偶。t<1260C，不建议选用贵金属热电偶有些真空炉企业在此温度范围内选用5型热电偶及GH30或39作保护管，虽然保护管的强度高，不易损坏，但是，高温下镣基合金将污染S型热电偶而引起误差。目前已逐渐改用特种高温铠装热电偶，既经济又实惠，颇受欢迎。当t>1280C的真空条件下，不建议用S型裸偶工或航空认证企业，对炉温均匀性测试精度要求很高或航空认证企业，对炉温均匀性测试精度要求很高当t>1280C时多采用S型裸偶，但贵金属裸丝强度很低，为此作者研制出弥散强化S型热电偶。经北京航空材料院用于t>1300C的真空热处理炉温均匀性测试，结果表明：使用寿命在5炉以上，而普通，型裸偶的使用寿命仅一炉，寿命显著提高。在真空条件下用S型裸偶的弊端在真空条件下采用S型裸偶丝将被污染，其次，在真空环境中，S型裸偶正极中的铑挥发至负极。将原来的单铂铑变成双铂铑热电偶，产生较大的负偏差建议将S型改成日型裸偶在真空条件下，正极的铑必然要挥发，当铑沉积任型负极纯铂上，则变成铂铑合金热电偶，将产生如上所述的负偏差。如果改用日型裸偶，虽然高温下铑仍然要挥发，但铑沉积在B型热电偶的负极为含Rh6%的Pt-Rh合金，对负极成分的影响可忽略。其使用寿命要远大于S型热电偶。t>1260°C，贵金属热电偶应选用陶瓷管为了防止金属或合金对对贵金属热电偶的沾污。建议选用刚玉保护管，尤其是日型热电偶的使用温度高，更应注意选用纯度高，清洁的刚玉管。为了提高热电偶的强度，防止陶瓷保护管破损，可采用金属与陶瓷复合管，即有意延长热电偶夹持管的长度。该种结构的热电偶兼有陶瓷与金属保护管两者的优点。其结构看起来简单，如果机械模仿肯定失败。原因是密封不严而漏气，3）在1260〜1750C范围精度要求高，选用贵金属热电偶在此温度范围内，如果测温精度高（0.5%t以上）或要求稳定可靠，则应选择贵金属热电偶，如果工作温度达1800C，应选用非标准化祐铑40-祐铑20热电偶。在此温度范围内，如果热电偶是垂直安装是可行的。但是，当tN1600C时，如果热电偶水平安装，在高温下，将因悬臂重量作用而发生弯曲如采用难熔金属与刚玉复合管结构，可有效防止高温下保护管弯曲变形。当测温精度在±1%t或t>1800C时，选用钨铢热电偶，其特点是：△热电极熔点高（3300C），强度大，使用温度高达2500C；△热电动势大、灵敏度高、热电动势为B型热电偶的三倍；△极易氧化；△价格便宜，仅为S型热电偶的1/5。随着航空、航天、核能等尖端科技领域的发展以及替代贵金属热电偶，降低成本的刚性要求，钨铢热电偶的应用前景极其诱人真空专用热电偶保护管、绝缘管材料（见表2

表2真空专用热电偶保护管、绝缘管材料Table2Mdltruilsof\dCiiumth€rmiK?iHi[jlcpnUcetiniitubeandinsulationLube保护管材料绝缘管材料单层管单AI4AWhBNHiOiMoTaNbWZrEl复含管皿+皿Alfl3BNHKhZrO1-bAbOJ"gW+A奶石墨+A10jMCPT+AUhSt+Am3）真空炉专用热电偶结构与安装真空炉专用热电偶的安装，主要采用法兰或螺纹连接或固定，真空防漏主要采用胶圈、密封螺纹、法兰及有机胶等。表3热电偶皓构与安装Table3I'hcrinocimpkstructureandinsUilhlicm:炉用型号示意图元固定装置WRCZ-130WRCZ-1I71IfRCZ-1I91VRCZ-1511 )固定卡套法兰WRCZ-430WRCZ-471热电偶*1固定卡套携坟WRCZ-230净， ，ViRCZ-271非密封圆柱管螺统英制G、公制M一般密封圆锥管螺纹英制g美制NPT去&真室炉专用袖电偶性能对比Tjibk6PerfbrniQjxcompuriNoiaofthronutHHipktorviaiumlumiLrE-XSO'IEGI独司SlilAriii司羌国Namr^c不尝司5+腐号LtJqtDLM悍护管TiMo.ALOL金属阁瓷“PTMoIiV^A亲匿鱼底醐漆:曲混：Tm.非.N弭曰主SLOiWn^M^.AljOjw】皿邱