導(dǎo)熱絕緣表面測試用熱電偶

摘要:導(dǎo)熱絕緣表面測試用熱電偶是組件部件及產(chǎn)品表面溫度測試時所使用的溫度傳感器,廣泛應(yīng)用于各試驗階段的異常能耗監(jiān)測等方面,通過分析溫度變化情況,獲得測試點發(fā)熱量數(shù)據(jù)，驗證組件部件及產(chǎn)品是否有異常能量損耗或其他缺陷。選擇合適的表面絕緣介質(zhì),通過試驗驗證介質(zhì)的導(dǎo)熱性和絕緣性,然后加工至熱電偶表面,制作成導(dǎo)熱絕緣熱電偶,再試驗驗證其有效性。
0引言
　　熱電偶是一種廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活各個方面的溫度傳感器,所在單位測試使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備原是Fluke2638和T型、K型熱電偶,K型用于300℃以上溫度測試,T型用于300C以下。將測試所用的熱電偶通過熱電偶點焊機進行焊接(焊點為球型),測試時,將其與被測件之間使用絕緣雙面膠粘貼,然后外部用紙膠帶固定。目前,該方法存在三方面的問題:(1)焊接好的熱電偶的測溫端為球型，與產(chǎn)品接觸為一個點,導(dǎo)熱性能無法保證。(2)雖然絕緣雙面膠可以保證測試過程免受被測件的電信號的干擾,但測試會受絕緣雙面膠導(dǎo)熱性能影響，存在熱傳遞延遲問題,由于雙面膠的最高使用溫度為600℃,會隨溫度升高,因此其附著性會受到影響，產(chǎn)生膠層脫落,影響測試精度;(3)有些測試需在產(chǎn)品空間內(nèi)部的狹小區(qū)域粘貼傳感器,由于雙面膠厚度為2mm,若將熱電偶粘貼于其上,會導(dǎo)致部分關(guān)鍵區(qū)域無法測試,從而影響測試結(jié)果的完整性,因此該方法無法適用于目前的表面溫度測試需求。
　　導(dǎo)熱絕緣表面測試用熱電偶是應(yīng)用于各種被測件表面的一種溫度傳感器,與普通的熱電偶相比,具有溫度相應(yīng)速度快、抗干擾能力強、正確性高、可在產(chǎn)品內(nèi)部狹小區(qū)域測試等優(yōu)點，能夠完全解決原測試所出現(xiàn)的問題。
1目標(biāo)和過程
1.1目標(biāo)
　　可用于表面溫度測試的溫度傳感器,需滿足溫度范圍(-80~1200)℃的測試要求,精度等級1級,測量端可直接附著于被測件表面,在用于封裝熱電偶時，絕緣介質(zhì)導(dǎo)熱性良好,絕緣電阻大于15MΩ,可在狹小空間內(nèi)完成測試。
1.2過程
(1)選取符合條件的熱電偶材料和導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)。
(2)制作符合型號試驗要求的熱電偶,并進行性能試驗。
(3)進行產(chǎn)品驗證。
2選型試驗
2.1導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)選型
　　導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)選型是通過對3種已知的導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)進行試驗,篩選出符合要求的產(chǎn)品。試驗內(nèi)容主要包括導(dǎo)熱試驗和絕緣試驗。
2.1.1導(dǎo)熱試驗
(1)絕緣漆涂裝:選用大小、材質(zhì)和形狀相同的3個50mL玻璃瓶,清潔瓶內(nèi)部,確保其干凈整潔,將.3種不同的導(dǎo)熱絕緣漆加入瓶中，置于通風(fēng)處,使其自然凝固。
(2)試驗過程:將表面溫度源設(shè)置為200℃,穩(wěn)定30min后,再將瓶子放置于表面溫度源上,使用紅外測:溫儀測量瓶頂溫度,并記錄從放置表面溫度源開始到達高溫度所用的時間,數(shù)據(jù)如表1所示。
 
2.1.2絕緣試驗
(1)絕緣漆涂裝:將3種絕緣漆涂裝至相同規(guī)格的熱電偶上，在通風(fēng)處烘干。
(2)試驗過程:使用絕緣電阻表測試熱電偶測量端至接線端的絕緣電阻并記錄，數(shù)據(jù)如表2所示。
 
　　由以上數(shù)據(jù)可知,2號導(dǎo)熱絕緣膠符合要求。
2.2熱電偶選型
　　熱電偶選型試驗主要通過對10種型號的熱電偶進行試驗,篩選出符合要求的產(chǎn)品。
　　試驗方法:將10只熱電偶測溫端和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻捆扎在一起,置人制冷恒溫槽和恒溫油槽中進行測試,記錄(-80~300)℃的測試數(shù)據(jù)。測試完成后,將7號、8號9號、10號捆扎，并放人石英管中和二等標(biāo)準(zhǔn)S熱電偶,同時置人熱電偶檢定爐中進行測試,記錄(600~1200)℃的測試數(shù)據(jù),如表3所示。
 
　　綜上所述,T型熱電偶選用偶絲直徑為0.3mm的薄膜熱電偶;K型選用偶絲直徑為0.3mm的薄膜熱電偶。
3導(dǎo)熱絕緣熱電偶制作和性能試驗
　　將10根偶絲外徑為0.3mm、測溫端厚度為0.06mm的T型和K型熱電偶的測溫端完全浸泡在導(dǎo)熱絕緣漆中,放置10s后拿出,在通風(fēng)處晾干后再次浸泡,共浸泡三次,晾干后進行熱電偶測試和絕緣性測試,如表4所示，
 
　　由表4可知,制作完成的熱電偶均為1級,且絕緣電阻大于15MΩ,滿足使用要求。
4產(chǎn)品試驗驗證
　　對制作好的導(dǎo)熱絕緣表面測試用熱電偶進行實際測試,在較大功率發(fā)熱件表面，熱電偶信號無失真、無短路現(xiàn)象,結(jié)果良好,完全反映了試驗件表面的溫度變化情況。
5主要技術(shù)問題及解決情況
　　主要技術(shù)問題有導(dǎo)熱絕緣漆選型導(dǎo)熱絕緣漆試驗、薄膜熱電偶選型。導(dǎo)熱絕緣漆選型是該熱電偶過程中的首要技術(shù)難題。最初,筆者選用中科院大連所的聚芳醚銅紫外光固化涂料，該涂料是國產(chǎn)化替代項目,用于電路板的封裝等,其絕緣性好,溫度最高可達175℃,可滿足大部分的現(xiàn)場表面溫度測試需求。而后又采導(dǎo)熱絕緣漆,最高使用溫度為260℃,導(dǎo)熱性、絕緣性良好。
　　導(dǎo)熱絕緣漆試驗最初選用的測試方法有:(1)使用銅片在上面刷漆,然后將銅片置于表面溫度源上,通過紅外測溫儀測試銅片溫度;(2)直接在熱電偶上刷漆,然后投人恒溫槽;(3)使用酒精燈直接烘烤涂漆的熱電偶。由于這些方法均無法測出其溫度溫度采樣速率為1s,紅外測溫儀只能通過手動記錄,無法精確分辨其溫度響應(yīng)速度,因此,最后只能增加絕緣漆的厚度,選用玻璃瓶裝絕緣漆的方法進行試驗。
薄膜熱電偶選型初始時,采用“越薄越好”的思路,但通過試制發(fā)現(xiàn)其太薄,刷絕緣漆比較困難，且容易斷裂,實際使用時不可靠性較大,綜合考慮后,選用薄膜厚度為0.06mm的熱電偶。
6達到的主要技術(shù)性能指標(biāo)
　　由表4測試數(shù)據(jù)可知，后的熱電偶的絕緣電阻均大于15MΩ,T型和K型熱電偶均滿足1級。中T型薄膜導(dǎo)熱絕緣熱電偶測量表面溫度范圍.為(-80~200)℃,擴展不確定度為U=1.0℃,k=2;K型薄膜導(dǎo)熱絕緣熱電偶測量表面溫度范圍為(200~1200)℃,擴展不確定度為U=2.0℃,k=2。