熱電偶產(chǎn)生誤差及損壞原因的分析

摘要:分析熱電偶的測量誤差和損壞的原因,提出避免熱電偶產(chǎn)生測量誤差的方法。
1前言
　　熱電偶是用兩種不同成分的金屬導體首尾相聯(lián)組成閉合回路,當兩端溫度不同時,在回路中就會產(chǎn)生熱電勢,形成熱電流。工廠熱加工過程中溫度測量是由熱電偶來完成的,只有熱電偶正確、穩(wěn)定可靠,才能保證溫度測量的正確可靠,保證熱加T.工藝要求。下面從幾個方而對熱電偶產(chǎn)生誤差的因素進行分析。
2熱電偶的退火
　　在熱電偶生產(chǎn)過程中，偶絲不可避免地要受到機械的拉伸,偶絲的表面總是受到機械振動,這樣必然有應力產(chǎn)生而造成金屬晶格的不均勻性。這些物理狀態(tài)的不--致性，必然導致熱電偶的塞貝克系數(shù)的變化。塞貝克系數(shù)只與熱電偶的化學性質(zhì)和物理特性有關，由此所造成的溫度差在幾分之一度到幾十度不等，所以一支退火不完善或不合格的熱電偶不可能達到測溫正確。退火的方法可以消除大部分的內(nèi)應力。
3熱電偶的雜質(zhì)及不均勻性
　　熱電偶的偶絲中的雜質(zhì)與偶絲的熱電性能不均勻性是緊密相關的，,即使有微量的雜質(zhì),也可以使熱電偶的熱電動勢有明顯的變化，而影響到測量結(jié)果的復現(xiàn)性。除雜質(zhì)外導體中還叮能有結(jié)構(gòu)上的缺陷，如點缺陷、金屬晶粒邊界錯位等。通常雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷是不均分布的,這些缺陷在導體中可形成微小的熱電偶節(jié)。當這些熱電偶節(jié)處于溫度梯度中,將會影響熱電勢值的大小，尤其是當熱電偶的偶絲中溫度分布有變化時，熱電勢也隨之變化，使熱電偶示值明顯變化,熱電偶材料的不均勻性及晶格的改變是反映熱電偶質(zhì)量的重要指標。
4熱電偶的不穩(wěn)定性
　　熱電偶的不穩(wěn)定性就是熱電偶的分度值隨使用時間和使用條件的不同而引起變化。下面分幾個方面對不穩(wěn)定的原因進行分析。
4.1熱電偶的沾污
　　當熱電偶受到沾污后，熱電偶在測溫中就會影響到熱電偶的塞貝克系數(shù)。由于塞貝克系數(shù)的改變,就直接影響了熱電偶分度值的正確性。當沾污程度不同時,分度值的變化也是不一樣的。對鉑銠一鉑熱電偶來說，如果所用絕緣陶瓷管中含有鐵及其它成分的金屬雜質(zhì),鉑絲被沾污后,影響了鉑絲的熱電性能。又如,在含有硅的高溫還原性氣氛中使用鉑銠-鉑熱電偶測溫時，硅被還原成自由硅而與鉑絲化合成鉑硅化合物,使鉑絲發(fā)脆,如在高溫鹽爐測溫中使用鉑銠一鉑熱電偶，使用一段時間后發(fā)現(xiàn)鉑銠一鉑熱電偶的偶絲受熱部分顏色發(fā)灰亮，并且表面粗糙發(fā)脆極易折斷。又如鉑銠-鉑熱電偶在裝配過程中會直接接觸偶絲,在偶絲表面形成油膜,造成沾污,這也是熱電偶分度不均造成測溫不準的原因之一。
4.2熱電偶成分的揮發(fā)性
　　在合金偶絲中，各種金屬成分的比例是嚴格控制的，在高溫狀態(tài)下，各金屬成分的揮發(fā)性不同，用一段時間后熱電偶中金屬成分比例發(fā)生改變,造成測溫誤差。
4.3熱電偶的氧化和還原
　　許多熱電偶不穩(wěn)定,產(chǎn)生較大的誤差,這是由于熱電偶絲的氧化造成的。如鎳鉻--鎳硅熱電偶在使用一段時間后，在熱電偶表面形成了一層氧化皮,并且隨著使用時間增長及溫度增高.表面氧化深度不斷加厚,使熱電偶逐漸變細,表面粗糙,造成了高溫下熱電勢發(fā)生變化。
4.4熱電偶的脆化
　　脆化是熱電偶報廢最普遍的原因之--因為沾污、氧化、高溫下熱電偶金屬成分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使偶絲晶格拉長;或在高溫下引起的再結(jié)晶，都是熱電偶偶絲產(chǎn)生脆化的原因，如鎳鉻--鎳硅熱電偶在使用一.段時間后，受熱部分偶絲外部發(fā)灰白,表面粗糙,用手一折即斷,而斷面處粗糙,晶格發(fā)生變化，晶粒變大，沒有強度而斷裂,造成熱電勢變化而報廢。
5結(jié)束語
　　以上對熱電偶產(chǎn)生誤差的原因進行了分析，解決產(chǎn)生誤差的方法從以下幾個方面著手。
(1)對于已購人熱偶,要求以充分的退火處理消除加工過程中的拉伸,改善細化組織,達到穩(wěn)定正確測溫目的,對于退火溫度及時間,要求鎳鉻一鎳硅熱電偶在測溫上限1300℃處，退火時間在4h以上。對于貴金屬鉑銠一鉑熱電偶,-般退火溫度為1450℃,退火時間在45~60min。
(2)使用中的熱電偶要定期清洗。鎳鉻--鎳硅等熱電偶表面清除氧化皮，更換使用過的沾污瓷管;對于鉑銠-鉑熱電偶,使用后檢定前要定期清洗熱電偶，消除沾污,并且偶絲相互絕緣,具體清洗方法按檢定規(guī)程中要求部分進行。
(3)及時清理檢查熱電偶外保護管,清除熱電偶保護管內(nèi)的金屬氧化皮、氧化物及碎瓷管粉沫，消除熱電偶絲的沾污源。
(4)在氧化性氣體及還原性氣氛中使用的熱電偶,要經(jīng)常檢查外保護管,預防有害氣體滲透，防止熱電偶管燒裂氣氛直接進入而造成嚴重損壞。