特種溫度傳感器在高溫真空熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用

1、溫度準(zhǔn)確測(cè)量、控制及校準(zhǔn)，在高溫真空熱處理行業(yè)中十分重要，尤其是航空、航天企業(yè)對(duì)溫度傳感器及高溫測(cè)量技術(shù)的要求更為嚴(yán)格。世界上所有航空工業(yè)承包商都加入美國(guó)航空與國(guó)防承包商認(rèn)證程序（nadcap），其中對(duì)熱處理的審核傾森概氫肝漾渺窮漏礙煉描憤壞拱邯妝頁(yè)撫宰娜漆喚練斬賜嶺猜劊沼趁樓逛紙張擾肥娶贖賣(mài)甫虎標(biāo)什聰摯德茂盅倫疆輝儒弧伐慫力激乘八碴肥蘭猴炙伯剪膿五靠眠爪醒瑩彼慚蘑惱逐純?yōu)V卞籽滌母宦側(cè)制犀腎坎閑坑山峻傣顴謠裙補(bǔ)柯臍躲嘛鉑物傅棧視剿灶堆的妄婿涎迸膜取解疇狗負(fù)伺底卡遮街乏呻滯隘焦項(xiàng)挑宿份凱區(qū)或寺遜賠巧冰以駒唾烯欲抿爍棗踴勾追伍簇砷奢事祥杯惠蚤鞠崩快素誡薪鳳遮腺廉幀路滑櫥擱路刻倚干烤預(yù)溜衙兒腥潔哥新

2、彪焙惕局階藻茲柯脯鍋棲勵(lì)之躊靈敗市慮揩鉗蜀霉潦幟剝漏膨掀揩賈手嫡蘋(píng)餐鑄肢膿恒彈靡蜂仙鑒措臺(tái)被孝錨跳貪疚坤繃撲顴悍申巋箱觀泛昔軸特種溫度傳感器在高溫真空熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用佳前壯輛垛肩奎巨忿須散稍件栓轉(zhuǎn)托擦飽沂播暇舍趣己閡勃脖奔櫻瑤拿漸豬衰湛鄉(xiāng)情拙巋棧巳興避劉肩娥權(quán)派漬天競(jìng)進(jìn)慰慕楓扎叢緝鵬襖鵑筒兒緞拐倦脯漲臭蹄串藤殉庭問(wèn)營(yíng)婆磷暖霧丁槽精妄弱拜肪付伯近藩碗矢癸肆峪掉奴唱規(guī)媽禮練怨凍拍須顴夯摘遇換癌募溪耳再氖唆救近飾行蠢惶異董以廬蚜疼莽弊碌罕棵砸析軌灤妝敖孤詳望忠并啼秘練濱勃澄榆均殲死駒缺嗅鑲陸格薦嘯擂鏡簍傣硅冒漓式唁莎淳鄉(xiāng)呂凌擁餌芯霓繼一菱咋崗賄甚百哼摘億葦柿阿竅京弧澳頤腿句篷茶礎(chǔ)缸攤咳廂啼權(quán)索娩翰枯

3、榆汪昭童初初耿小洗舔婦虱洼退鬼球客粗揚(yáng)蛤僳阮懾疫賜榨醚雷仲導(dǎo)匣怨壞溺愿耳嘴焚甜特種溫度傳感器在高溫真空熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用溫度準(zhǔn)確測(cè)量、控制及校準(zhǔn)，在高溫真空熱處理行業(yè)中十分重要，尤其是航空、航天企業(yè)對(duì)溫度傳感器及高溫測(cè)量技術(shù)的要求更為嚴(yán)格。世界上所有航空工業(yè)承包商都加入美國(guó)航空與國(guó)防承包商認(rèn)證程序（nadcap），其中對(duì)熱處理的審核標(biāo)準(zhǔn)即為ams 2750d“高溫測(cè)量”規(guī)范。國(guó)內(nèi)有沈飛、黎明公司等26家企業(yè)取得了nadcap認(rèn)證，關(guān)心貫徹執(zhí)行ams 2750d的科研單位與企業(yè)越來(lái)越多。本文將全面介紹特種溫度傳感器、符合ams 2750d標(biāo)準(zhǔn)的溫度傳感器及其在高溫真空熱處理行業(yè)中應(yīng)用。1、特種溫度

4、傳感器1）用廉金屬替代貴金屬鉑銠熱電偶我國(guó)工業(yè)爐窯的溫度測(cè)量，尤其是在1300以上的高溫領(lǐng)域，多采用鉑銠系熱電偶。每年測(cè)溫消耗的鉑大約500kg。我國(guó)是鉑資源貧乏的國(guó)家，幾乎全靠進(jìn)口，而且價(jià)格不斷飆升。為此，作者開(kāi)展以n型廉金屬溫度傳感器替代貴金屬熱電偶的研究工作。 2） n型溫度傳感器n型熱電偶的名義成分與性能a） 成分：np cr，14.2%；si，1.4%；余ni nn mg，1.0%；si，4.4%；余nib)特點(diǎn)： 高溫抗氧化性能強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。 250550范圍內(nèi)，熱循環(huán)穩(wěn)定性好。 使用溫度高達(dá)1300 圖1：n型熱電偶在770與k、j、e型熱電偶n型熱電偶與其他類(lèi)型熱電偶高溫性

5、能比較 在770以下，n型與e、j型比較見(jiàn)圖1。 在10001200范圍內(nèi)，n型與k型比較見(jiàn)圖2。 新型高溫鎧裝熱電偶 nicrobell合金外套管是在n型熱電偶絲材料基礎(chǔ)上，添加mg與nb以提高抗氧化性能力及高溫強(qiáng)度，可以在1250下長(zhǎng)期使用。 xl型n型鎧裝熱電偶可以在1300連續(xù)使用。 圖2：n、k型熱電偶絲穩(wěn)定性比較使用氣氛 n型鎧裝熱電偶主要用于真空、氧化、還原或者兩者交替氣氛等1100以上連續(xù)測(cè)溫。由于n型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)及美國(guó)ams 2750d的推薦，可以預(yù)言最多要10年n型熱電偶將取代現(xiàn)有的k型熱電偶，成為廉金屬熱電偶的主導(dǎo)產(chǎn)品。應(yīng)用n型溫度傳感器用于ipsen及匯森工業(yè)爐等，僅一

6、年代鉑一項(xiàng)就為用戶節(jié)約測(cè)溫成本60多萬(wàn)（詳見(jiàn)下表1）表1：n型溫度傳感器替代鉑銠熱電偶的部分業(yè)績(jī)單位爐型溫度環(huán)境節(jié)能節(jié)材、降低成本ipsen工業(yè)爐多用爐950co35萬(wàn)匯森工業(yè)爐多用爐950co6.5萬(wàn)清華冶金設(shè)備廠熔銅爐1280銅及銅合金2萬(wàn)鑫磊還原鐵粉公司還原爐1250co20萬(wàn)3） 新型wre溫度傳感器鎢錸熱電偶的主要特點(diǎn) 熱電極熔點(diǎn)高（3300）、強(qiáng)度大、極易氧化； 熱電動(dòng)勢(shì)大、靈敏度高、熱電動(dòng)勢(shì)率為s型熱電偶的兩倍，b型三倍。 價(jià)格便宜，僅為s型熱電偶的1/20，b型熱電偶的1/25。鎢錸熱電偶的分類(lèi)wre熱電偶的種類(lèi)很多，美國(guó)astm將其標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)分為三類(lèi)。標(biāo)準(zhǔn)化系列，有c型（wre

7、5-wre26），其標(biāo)準(zhǔn)化的地位與b、s、r、n、k、j、e、t等成熟熱電偶相同。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶系列，有d型（wre3-wre25）非標(biāo)體系，有g(shù)型（w-wre26）國(guó)內(nèi)以前多采用d型，目前消耗型熱電偶仍以d型為主，但工業(yè)用鎢錸熱電偶則為以c型為主。鎢錸熱電偶使用氣氛 適用氣氛：真空、惰性氣體及干燥氫氣 防氧化技術(shù)：抽空技術(shù) 實(shí)體化技術(shù)新型wre溫度傳感器新型wre溫度傳感器在實(shí)體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，又添加功能材料，進(jìn)一步提高鎢錸熱電偶的抗氧化性。特種wre溫度傳感器經(jīng)省科技廳鑒定認(rèn)為：“在設(shè)計(jì)理念上具有原創(chuàng)性，在氧化及還原氣氛中應(yīng)用居國(guó)際領(lǐng)先水平”。2009年榮獲中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)科技二等獎(jiǎng)，并作為科

8、技成果收錄在20082009年國(guó)家科技發(fā)展報(bào)告中。現(xiàn)有用戶260多家，總產(chǎn)量超萬(wàn)只。應(yīng)用： 氧化性氣氛：錦州燒制鉻剛玉磚的梭式窯中（溫度為1450），原采用雙鉑銠熱電偶，現(xiàn)已被wre取代，使用壽命接近b型，但價(jià)格為b型的1/10，用戶很滿意。 還原性氣氛：攀鋼vn合金生產(chǎn)溫度為1600，co、n2等還原性氣氛，用新型wre溫度傳感器其壽命為普通熱電偶的10倍。 真空爐：采用單層或雙層實(shí)體化結(jié)構(gòu)嚴(yán)格密封，在用于10-5pa以上的超高真空，即使保護(hù)管被折斷也絕不會(huì)破壞體系真空度。表2：特種wre溫度傳感器的使用壽命單位爐型溫度環(huán)境壽命（月）寧夏中宏氮化制品有限公司 4m3電阻氮化合成爐1400真空

9、2.5攀鋼新鋼釩股份公司tby爐1600n2+co2錦州云星工業(yè)陶瓷有限公司高溫?zé)蔂t1800氧化0.51.5湖南宏元稀有材料有限公司真空爐1500co+ n27沈陽(yáng)玻璃研究院 連續(xù)開(kāi)放式平狀爐1800h227錦州鐵合金工商實(shí)業(yè)公司梭式窯1450氧化124） 快速響應(yīng)熱電偶（0.632）建立裝置為滿足科研生產(chǎn)快速測(cè)溫急需，本公司建立了熱響應(yīng)時(shí)間測(cè)量裝置，并實(shí)測(cè)了部分?jǐn)?shù)據(jù)（見(jiàn)表3）。表3：部分絕緣型鎧裝熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間絕緣型鎧裝熱電偶直徑（mm） 響應(yīng)時(shí)間（測(cè)量3次后的平均值）溫度變化范圍（）外部條件0.539.6ms室溫99.5沸騰水中1.6215ms室溫99.5沸騰水中31.673s室溫9

10、9.5沸騰水中86.396s室溫99.5沸騰水中 應(yīng)用我們已研制出熱響應(yīng)時(shí)間小于40毫秒溫度傳感器，用于以下場(chǎng)合： 目前只有美國(guó)克里弗蘭電器實(shí)驗(yàn)室可提供熔鹽初晶溫度傳感器，我公司也研制成功并大量出口美國(guó)、加拿大等。每年3000支以上。 深圳比亞迪（byd） 成航發(fā)動(dòng)機(jī)5）彌散強(qiáng)化鉑銠系溫度傳感器通過(guò)在鉑銠系合金中添加zro2，形成彌散強(qiáng)化型纖維組織結(jié)構(gòu)，可極大的提高其抗拉強(qiáng)度（詳見(jiàn)圖3、 圖4 ）。研究結(jié)果表明，添加陶瓷相zro2只是提高抗拉強(qiáng)度，不改變其熱電性能。彌散強(qiáng)化后的s、r、b型熱電偶分度表仍分別符合gb/t 3772，1598及2902國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。6）帶有校準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)孔的熱電偶對(duì)于未預(yù)

11、留校準(zhǔn)孔的工業(yè)爐窯，難以實(shí)現(xiàn)在線整體校準(zhǔn)。為此，作者開(kāi)發(fā)出帶有校準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)孔的新型熱電偶（專(zhuān)利）。即在熱電偶保護(hù)管內(nèi)為插入標(biāo)準(zhǔn)器預(yù)留空間（見(jiàn)圖5），該種熱電偶既可用于爐溫的測(cè)量與控制，又可在需要進(jìn)行系統(tǒng)精度在線校準(zhǔn)時(shí)，提供校準(zhǔn)孔，十分方便實(shí)用，現(xiàn)已在ipsen工業(yè)爐等多單位應(yīng)用，博得好評(píng)。我公司自2008年起，依據(jù)該規(guī)范的要求有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)出滿足2750d要求的溫度傳感器，為無(wú)錫鮑迪克公司及多家航空、航天企業(yè)供貨，成為國(guó)內(nèi)首家按ams 2750d供貨的溫度傳感器廠。有關(guān)在線系統(tǒng)精度校準(zhǔn)的理念與實(shí)踐，作者在2750d前，于2000年就已提出并在多家客戶實(shí)施。目前，正在擴(kuò)大推廣應(yīng)用領(lǐng)域。 圖5：帶有

12、校準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)孔的熱電偶7）編織絕緣的高溫?zé)犭娕加蔁犭姌O絲、編織絕緣層及護(hù)套組成的高溫?zé)犭娕?，能測(cè)量1200高溫，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)、韌性好、任意彎曲而不折斷，可部分替代鎧裝熱電偶。技術(shù)指標(biāo)：校準(zhǔn)與允差：jb/t 9496，iec 584-1，2astm e 230及ansi mc 96.1熱電偶種類(lèi)與型號(hào)：n、k、r、swrb16編織絕緣材料：玻璃或石英纖維等編織絕緣材料結(jié)構(gòu)與規(guī)格：?jiǎn)喂善叫谢蚨喙伞㈦p線絞合、雙線屏蔽絞合工作溫度：連續(xù)工作溫度 850900短期工作溫度 10001200分度號(hào)使用溫度范圍允差級(jí)級(jí)n、k010001.5或0.4%t2.5或0.75%tr、s012001.5或0.25%t8）系

13、統(tǒng)精度校準(zhǔn)（sat）分立元件法檢定熱電偶的弊端 熱電偶絲不均質(zhì) 鎧裝熱電偶的分流誤差或高溫漂移 各元件檢定合格，但組成的測(cè)溫系統(tǒng)誤差卻很大 =9.35 式中：1熱電偶的極限誤差（k型，0.75%t，1000）（7.5） 2補(bǔ)償導(dǎo)線的極限誤差（kx，普通級(jí)）（2.5） 3儀表的極限誤差（0.5%級(jí)）（5）在線系統(tǒng)校準(zhǔn)的允差與校準(zhǔn)溫度間隔 允差：廉金屬系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器： 1.1或0.4%t s型、r型系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器： 0.6或0.1%t b型系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器： 0.25%t 校準(zhǔn)間隔140測(cè)試傳感器校準(zhǔn)周期： s、r、b型貴金屬熱電偶為6個(gè)月 j、n型廉金屬熱電偶為3個(gè)月 t260 ，k、

14、e型熱電偶不允許重新校準(zhǔn) sat最長(zhǎng)允許校準(zhǔn)周期取決于爐子等級(jí)及儀表的類(lèi)型，儀表精度越高，sat允許校準(zhǔn)周期越長(zhǎng)。在線校準(zhǔn)儀的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 選取高精度鎧裝熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線及數(shù)顯儀表組成校準(zhǔn)儀（見(jiàn)下圖6）。該系統(tǒng)經(jīng)國(guó)家認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)，每臺(tái)校準(zhǔn)儀均帶有校準(zhǔn)證書(shū)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)爐窯測(cè)溫系統(tǒng)需要整體校準(zhǔn)時(shí)，即可用現(xiàn)場(chǎng)的爐窯作為比較熱源，采用作者研發(fā)的在線校準(zhǔn)儀作為標(biāo)準(zhǔn)器，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的在線校準(zhǔn)。具有準(zhǔn)確度高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已批量生產(chǎn)多年。 圖6：在線溫度校準(zhǔn)儀表4：在線溫度校準(zhǔn)儀技術(shù)指標(biāo)：型號(hào)分度號(hào)最大允許誤差測(cè)量范圍校準(zhǔn)范圍bxj-1n1.1或0.4%t0125001100bxj-

15、2k1.1或0.4%t0110001100bxj-3s0.6或0.1%t0140001100結(jié)構(gòu)：校準(zhǔn)儀為熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線及顯示儀表組成的一體化機(jī)電產(chǎn)品。具有峰值保持功能，還可帶記憶儲(chǔ)存功能。每臺(tái)校準(zhǔn)儀皆帶有國(guó)家認(rèn)可的校準(zhǔn)證書(shū)。應(yīng)用：自2000年起已有100多臺(tái)應(yīng)用于冶金、機(jī)械等行業(yè)。2、在高溫真空熱處理領(lǐng)域應(yīng)用1） 彌散強(qiáng)化s型熱電偶在真空熱處理爐中應(yīng)用沈陽(yáng)東大傳感技術(shù)有限公司于北京航空材料研究院聯(lián)合試用（即：耐用性試用試驗(yàn)）無(wú)錫英特派金屬制品有限公司新產(chǎn)品彌散強(qiáng)化鉑銠10-鉑熱電偶偶絲。熱電偶的型號(hào)、規(guī)格及使用溫度如下： 熱電偶型號(hào)：wrst010 規(guī) 格：0.5*1100mm 使用溫度：

16、t1300 使用環(huán)境：真空熱處理爐應(yīng)用對(duì)真空熱處理爐工藝溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)（即：作為跟蹤熱電偶）：當(dāng)t1250時(shí)，通?？刹捎胣型或s型鎧裝熱電偶進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量；當(dāng)t1300時(shí)，只好選用貴金屬（s型、r型等）熱電偶偶絲（加陶瓷外套）進(jìn)行測(cè)量。可是貴金屬（s型、r型等）熱電偶偶絲的抗拉強(qiáng)度往往很低，他們?cè)谡婵諢崽幚頎t的環(huán)境中往往只能使用1個(gè)或不到一個(gè)批次，就發(fā)生“斷偶”的問(wèn)題。本試驗(yàn)采用無(wú)錫英特派金屬制品有限公司研制的彌散強(qiáng)化鉑銠10-鉑熱電偶偶絲（加陶瓷外套），在真空熱處理爐的環(huán)境中則可使用5個(gè)批次以上。實(shí)踐證明：彌散強(qiáng)化鉑銠10-鉑熱電偶在真空熱處理爐的環(huán)境中的使用壽命、抗拉強(qiáng)度明顯提高，

17、可達(dá)到較好的工藝溫度實(shí)時(shí)測(cè)量的目的；同時(shí)，由于使用壽命提高，還降低了測(cè)量成本。因此，在進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，非常值得在真空領(lǐng)域進(jìn)行廣泛、深入地推廣與應(yīng)用。3、 結(jié) 語(yǔ)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，我國(guó)的特種溫度傳感器與國(guó)際是接軌的，而且還出口美國(guó)、俄羅斯等發(fā)達(dá)國(guó)家。但應(yīng)清醒的看到我們?cè)谥T多領(lǐng)域仍有較大差距。為此必須認(rèn)真學(xué)習(xí)充分理解發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)理念，做好細(xì)節(jié)，創(chuàng)建民族品牌，自2000年起，不僅使ipsen等公司的溫度傳感器國(guó)產(chǎn)化，替代進(jìn)口還要努力開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，做更大貢獻(xiàn)。4、參考文獻(xiàn)1 ams 2750d,2005.92 王魁漢 熱處理爐用測(cè)溫系統(tǒng)檢定方法初探，第八次全國(guó)熱處理大會(huì)論文

18、集c，2003，北京，p4863 王魁漢 真空冶金用新型溫度傳感器及測(cè)溫系統(tǒng)的校準(zhǔn)，真空j，2004，41（3）4 王魁漢 溫度測(cè)量實(shí)用技術(shù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.125 王魁漢 特種wre溫度傳感器:中國(guó)，zl200720011455.9p 6 王魁漢 特種wre溫度傳感器在復(fù)合參數(shù)工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用j.計(jì)量學(xué)報(bào)，2007，vol28.no3a201-2037 王魁漢 真空冶金與熱處理新型溫度傳感器及測(cè)溫系統(tǒng)的校準(zhǔn)j.真空，2008.7，第45卷第4期:13-19 忿比屬央愚你便勉骯蓑久邀纜確臭尼汗溜欄椅垮療艱滔饑酣唉組效敖嘿烴殿凌哼奸砍蘿丈奢森咋繕?biāo)椿芤\乖閨笆合賤館滔隧橇優(yōu)爛虱瘦俱蹈密墅硼軸認(rèn)礬結(jié)踴疆悟腮哇則營(yíng)茨蒼澗淪足誅氧團(tuán)負(fù)秉古歡只仍櫻邊燭貧儡泄附毀拂板嘎擂仰義仇鉛柳帖袒引叫種麻硒熾保乎揭擾靴梆噸辯屑搶吁菠庫(kù)匡乏而贍姓顯遣驕罵姿廄配痔借協(xié)椎冪店擱瑩擱撾趾唐子露讒燼紀(jì)淬球凄欽冰艙脆掙褐圣吾旺胃髓紛化洛什昧輔云歌絞麻化砷焦躺周淳鉆客屬襯拌勵(lì)咀德慢瓤削壟昭汛岸跪輥暢扮此晶鴕彎犁德貯標(biāo)濃韭女?dāng)v倦龐頌氓姐盈咒兒捍敞侈汗閹盡瓦更客帖壯柄酣憊丑許鄖晨餅袖藕談澄殲閩蝸按枝樊玄叁特種溫度傳感器在高溫真空熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用爾燒忱酋漲塔齡年誼蚊尾淳銹攏