熱電偶在真空熱處理爐中的應(yīng)用

摘要:真空熱處理爐(0~1300℃加熱區(qū)間)中溫度的關(guān)鍵部件熱電偶的結(jié)構(gòu)以及在真空熱處理爐中熱電偶的類型、優(yōu)缺點。然后總結(jié)了目前國內(nèi)在這一溫段真空熱處理爐所用的熱電偶的類型、選擇方法性價比。對比了高溫段國外真空熱處理爐選用的熱電偶與國內(nèi)的不同。最后介紹了熱電偶保護管的類型及各類保護管在真空熱處理爐中的應(yīng)用。通過分析可以讓大家對熱電偶有更加深刻地了解,在生產(chǎn)應(yīng)用中能根據(jù)實際情況選擇合適的熱電偶,為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本。
　　真空熱處理技術(shù)具有無氧化、無脫碳、表面質(zhì)量好等優(yōu)點,經(jīng)過熱處理的工件,在耐磨性、耐腐蝕性等方面有很大的進步。真空熱處理已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備關(guān)鍵部件的處理，是軍品、民品中關(guān)鍵的熱處理，所以說真空熱處理技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前先進的熱處理生產(chǎn)技術(shù)的主要標(biāo)志，在近幾年來真空熱處理技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。
　　真空熱處理爐是真空熱處理的必要條件，真空熱處理的兩大重要指標(biāo)是真空和溫度。本文主要淺談下在真空熱處理爐的溫度控制的關(guān)鍵部件:熱電偶,包括熱電偶的結(jié)構(gòu)、熱電偶的型號、熱電偶的選擇及應(yīng)用。
1熱電偶的結(jié)構(gòu)
　　熱電偶的結(jié)構(gòu)主要是由四大件構(gòu)成:熱電偶偶絲、絕緣套管、保護管及接線盒,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 
　　其中，接線盒主要是連接熱電偶與補償導(dǎo)線使用;保護管是為了使熱電偶偶絲與使用環(huán)境隔離,并使熱電偶有更好抗機械強度;絕緣保護套管是防止熱電偶的正、負(fù)電極之間短路以及熱電偶絲與保護管之間形成短路;熱電偶偶絲是熱電偶最主要的部分,也是決定熱電偶型號及價格的關(guān)鍵因素。貴金屬的偶絲直徑一般在0.3~0.65mm之間，廉金屬的偶絲一般在0.5~3.2mm之間。偶絲的測溫端一般是采用焊接的方式形成。
2熱電偶概述
2.1熱電偶的分類
　　一般國內(nèi)真空熱處理爐選用的熱電偶的類型為:PT100鉑電阻、K型熱電偶.N型熱電偶及S型熱電偶。而國外的不同之處在于高溫段選用的熱電偶有所不同,新增加了B型熱電偶與R型熱電偶。
2.2熱電偶的簡介
(1)PT100鉑電阻
　　PT100鉑電阻表示在0℃時，其阻值為100歐姆。隨著溫度的上升它的阻值成勻速增長,根據(jù)阻值的變化來測定其溫度的變化。PT100鉑電阻在真空熱處理爐上的應(yīng)用比較少,在測量水溫、油溫的時候會用到,一般使用溫度為0~300℃。
(2)K型熱電偶
　　K型熱電偶的學(xué)名為鎳鉻-鎳硅熱電偶。K型熱電偶的優(yōu)點是:在準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、均勻性等方面較好,價格便宜。其缺點是300~500℃和800℃左右兩個區(qū)間電動勢不穩(wěn)定。K型熱電偶是一種廉金屬熱電偶,使用測量范圍0~1200℃,長期使用溫度為1100℃左右,短期為1200℃。
(3)N型熱電偶
　　N型熱電偶的學(xué)名為鎳鉻硅-鎳鉻熱電偶。N型熱電偶的優(yōu)點是準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、均勻性等各方面較好,價格便宜,同時克服了K型熱電偶在300~500℃和800℃左右兩個區(qū)間電動勢不穩(wěn)定。N型熱電偶也是一種廉金屬熱電偶,測量范圍0~1200℃,長期使用溫度為1100℃左右，短期為1200℃。
(4)S型熱電偶
　　S型熱電偶就是我們通常所說的鉑銠熱電偶,學(xué)名為鉑銠10-鉑熱電偶。S型熱電偶在真空熱處理爐中常用的溫度為800~1300℃，這也是S型熱電偶測量精度最高的溫區(qū)。而在800℃以下測溫精度不高,1300℃以上熱電偶容易損壞。S型熱電偶的優(yōu)點是:準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、測量溫區(qū)寬、使用壽命長等;缺點是:價格昂貴,對污染非常敏感。
(5)R型熱電偶
　　R型熱電偶的學(xué)名為鉑銠13-鉑熱電偶。R型熱電偶長期使用溫度為1300~1500℃，短期可達到1600℃。R型熱電偶的優(yōu)點是:準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、壽命長;缺點是:價格昂貴、對污染敏感。
(6)B型熱電偶
　　B型熱電偶的學(xué)名為鉑銠30-鉑銠6熱電偶。B.型熱電偶長期使用溫度為1300-1600℃,短期可達到1800℃.B型熱電偶的優(yōu)點是:不需要用特殊的補償導(dǎo)線、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、測溫上限高、壽命長;缺點是:價格昂貴,對污染靈敏。
2.3熱電偶在真空熱處理中的應(yīng)用
　　從上節(jié)熱電偶的簡介中，不難看出每種熱電偶適合的測溫區(qū)域及性價比。為了更好地對比各種類型的熱電偶,可以做出下面的表格,以便更加清晰地認(rèn)識到各種熱電偶,如表1所示。
 
　　從表1的表格中，我們就可以看出各種類型熱電偶性能、適合的場合以及性價比,從而選擇出我們真空熱處理爐最適合用的熱電偶。現(xiàn)總結(jié)如下:
(1)低溫段(0~300℃):在這一溫段的應(yīng)用我們一般選擇用PT100鉑電阻，雖然PT100鉑電阻的各方面性能都一般，但是在低溫段上，PT100的性能基本上能滿足設(shè)備的使用要求，最主要的是PT100鉑電阻價格_上有優(yōu)勢。如果在性能上有更高的要求,大家也可以選擇K型熱電偶或N型熱電偶，當(dāng)然在價格方面就要貴點,實際情況實際選擇。
(2)中溫段(300~1000℃):在這一溫段我們一般選用的是K型熱電偶或N型熱電偶。我國傳統(tǒng)的選擇型號標(biāo)準(zhǔn)為K型熱電偶，因為K型熱電偶在測溫區(qū)和各方面性能都能滿足這--溫段真空熱處理爐的需求，還有就是K型熱電偶低廉的價格也是必不可少的一大因素，所以這也是為什么K型熱電偶是目前用量最大的熱電偶。隨著研究人員的研究,近幾年來N型熱電偶在國內(nèi)真空熱處理爐中有了很大的發(fā)展。因為N型熱電偶在各反面性能指標(biāo)上都與K型熱電偶不相上下，同時克服了K型熱電偶在300~500℃和800℃左右兩個區(qū)間電動勢不穩(wěn)定的缺點，在價格方面N型熱電偶也是-種廉價的熱電偶。所以現(xiàn)在N型熱電偶展現(xiàn)出了一種良好的發(fā)展趨勢,逐步有很多設(shè)備N型熱電偶取代了K型熱電偶的應(yīng)用。如果在這一-溫段,真空熱處理爐對溫度性能指標(biāo)有更高的要求的話,大家也可以選擇s型熱電偶,當(dāng)然s型熱電偶昂貴的價格就是大家需要考慮的一個問題了。
(3)高溫段(1000~1300℃):在這一溫段真空熱處理爐國內(nèi)一般選擇s型熱電偶,s型熱電偶使用溫度高、性能指標(biāo)也更加優(yōu)越,同時S型熱電偶也是曾經(jīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。有些使用溫度在1000~1200℃的真空熱處理爐也會選用K型熱電偶或N型熱電偶,其低廉的價格是主要的因素。國外在1200℃、1300℃選用的熱電偶-般是R型熱電偶為主,因為國外研究機構(gòu)通過研究表明,R型熱電偶性能優(yōu)于s型熱電偶,但是在國內(nèi)真空熱處理行業(yè),R型熱電偶一直沒有推廣開來,還是以傳統(tǒng)的S型為主。B型熱電偶其使用范圍要更高，所以在1300℃使用頻率也是非常低的。
3熱電偶保護管的介紹及應(yīng)用
　　提到熱電偶，都是在談?wù)揝型、K型等偶型,大家都忽略了熱電偶的一個重要部件:熱電偶的保護管。真空熱處理爐中常用的熱電偶使用的保護管，可以分分為兩大類:金屬保護管、非金屬保護管。
3.1金屬保護管
　　金屬保護管是1300℃以下真空熱處理爐常用的一種保護管,金屬保護管材質(zhì)一般是不銹鋼,根據(jù)不銹鋼標(biāo)號的不同用于不同的溫段，分別是:201、301不銹鋼保護管主要用于0~600℃區(qū)間使用的熱電偶;304、321、316、2520不銹鋼保護管主要用于600~1000℃區(qū)間使用的熱電偶;3030、3039主要用于1000~1300℃區(qū)間使用的熱電偶。近幾年有了更多的合金保護管的出現(xiàn)，以適應(yīng)1300高溫點的使用,但是都還在近一步的試驗、推廣中。
3.2非金屬保護管
　　非金屬保護管以剛玉管為主，溫度更高就需要用到石墨管。剛玉管使用溫度可達到1800℃,石墨可達到更高的3000℃。
　　在真空熱處理爐中，我們一般用到的都是各種材質(zhì)的金屬保護管，因為金屬保護管對溫度的反映靈敏、溫差小。其缺點就是不耐高溫,最高使用溫度1200℃左右,當(dāng)超過1300℃時要慎用。想要長期在1300℃下使用，我們就需要選擇使用非金屬保護管。非金屬保護管耐高溫,但是有個缺點那就是對溫度變化的靈敏度稍差，如果真空熱處理爐中對恒溫區(qū)這一項指標(biāo)有比較高的要求如:±3℃或更高,就不適合使用非金屬保護管。由于金屬保護管對溫度反應(yīng)靈敏，但是不耐高溫而非金屬保護管耐高溫對溫度的反應(yīng)稍差,都各自都有缺點,也就催生了一種新的保護管的出現(xiàn),那就是金屬陶瓷保護管。金屬陶瓷保護管克服了金屬保護管與非金屬保護管的缺點,有很好的應(yīng)用前景。但是現(xiàn)在真空熱處理爐中還沒有得到好的推廣。
4結(jié)束語
　　在真空熱處理爐中熱電偶是一個很關(guān)鍵的部件,不僅僅是由于其是溫度控制的關(guān)鍵,還因為熱電偶是一種消耗品。不管哪一類型真空熱處理爐,隨著使用的時間增長,熱電偶的測溫精度都會下降。所以根據(jù)使用的頻率我們過一定的時間段，為了保證設(shè)備的測溫、控溫精度能都達到要求都會去更換新的熱電偶來保證設(shè)備的正常使用。這就需要選擇合適的熱電偶,來降低設(shè)備的生產(chǎn)成本。希望通過本文可以讓大家更好的認(rèn)識熱電偶，能為大家?guī)砹己玫慕?jīng)濟效益,節(jié)約成本。