鉑銠熱電偶測(cè)溫的影響

　隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)溫測(cè)量?jī)x器和測(cè)量系統(tǒng)性能的不斷提升，對(duì)測(cè)溫精度的要求也越來(lái)越高。熱電偶在測(cè)溫時(shí)可直接把溫度量轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)，特別適用于溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制，已被廣泛應(yīng)用于-200~2300℃的介質(zhì)溫度。在大范圍溫度測(cè)量中，熱電偶因其體積小、靈敏度高、輸出信號(hào)穩(wěn)定，已被廣泛應(yīng)用于電廠、生產(chǎn)企業(yè)、科研院所等部門(mén)行業(yè)。
1熱電偶的種類及特點(diǎn)
　　熱電偶根據(jù)不同使用方式,可分為普通熱電偶、鎧裝熱電偶、裝配式熱電偶等類型:按其材料組成，熱電偶又可以分為廉金屬熱電偶和貴金屬熱電偶。
貴金屬熱電偶
　　貴金屬熱電偶與廉金屬熱電偶相比具有測(cè)溫精度高，穩(wěn)定性好、測(cè)溫溫區(qū)寬、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因其物理、化學(xué)性能良好，高溫下抗氧化性強(qiáng)及熱電勢(shì)穩(wěn)定性好，多用于一些精密測(cè)溫的領(lǐng)域，一些特殊的貴金屬熱電偶也用作溫度傳遞的標(biāo)準(zhǔn)。鉑銠合金具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如:熔點(diǎn)高、催化活性好、熱電性能穩(wěn)定、高溫持久強(qiáng)度高、抗腐蝕性好和高溫抗氧化性強(qiáng)等，鉑和鉑銠合金因此成為貴金屬熱電偶的組成材料是鉑和鉑銠合金，表1列出了常見(jiàn)鉑銠熱電偶絲的一些物理性能。
 
　　在目前國(guó)際電委會(huì)頒布的貴金屬熱電偶型號(hào)中，工業(yè)上最常用的有S型、R型及B型3種貴金屬熱電偶。S型熱電偶正極(SP)為Pt-10Rh，負(fù)極(SN)為純鉑:R型熱電偶正極(P)為Pt-13Rh,負(fù)極(RN)為純鉑。由于其負(fù)極均為純鉑，故S型和R型熱電偶也被稱為單鉑銠熱電偶。B型熱電偶正極(BP)為Pt-30Rh,負(fù)極(BN)為Pt-6Rh,被稱為雙鉑銠熱電偶。
　　不同型號(hào)的貴金屬熱電偶使用環(huán)境溫度不同。S型和R型熱電偶長(zhǎng)期高使用溫度為1300℃,短期高使用溫度為1600℃.而B(niǎo)型熱電偶長(zhǎng)期使用溫度為1600℃，短期最高溫度為1800℃。S型和R型熱電偶具有精度高，穩(wěn)定性最好，測(cè)溫范圍寬，熱響應(yīng)速度快，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。鉑銠熱電偶的物理化學(xué)性能良好，熱電勢(shì)穩(wěn)定性及高溫下抗氧化性良好，特別是S型熱電偶具有優(yōu)良的綜合性能。B型熱電偶除了擁有單鉑銠熱電偶的優(yōu)點(diǎn),它還可以短時(shí)間在真空中使用，B型熱電偶在0~50℃范圍內(nèi)，它的熱電勢(shì)波動(dòng)小于3μV,所以使用時(shí)需要補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行熱電勢(shì)補(bǔ)償。因其熱電偶的組成兩極都是鉑銠合金，鉑銠合金抗污染能力大于純鉑，所以雙鉑銠熱電偶比單鉑銠熱電偶抗污染能力強(qiáng)。
　鉑與鉑銠合金最重要的物理性質(zhì)之一是它們?cè)诟邷貢r(shí)具有穩(wěn)定的熱電勢(shì)，這一特性是實(shí)現(xiàn)測(cè)溫重復(fù)性及穩(wěn)定性良好的先決條件。在貴金屬熱電偶的制作與使用過(guò)程中有許多影響熱電偶測(cè)溫精度的影響因素，如原材料純度、加工過(guò)程中的雜質(zhì)污染，熔鑄工藝過(guò)程熱平衡的保持，熱電偶使用前是否充分退火，加工應(yīng)力的消除，以及熱電偶的使用環(huán)境、條件等，都會(huì)對(duì)熱電偶的熱電性能有很大影響。仔細(xì)研究這些影響因素，有助于節(jié)約生產(chǎn)成本和使用成本，提高熱電偶的測(cè)溫精度。
2熱電偶的熱電勢(shì)及其影響因素
2.1熱電偶的熱電勢(shì)
　　熱電偶的測(cè)溫原理是兩種不同金屬絲A和B相連接，且兩連接點(diǎn)處在不同溫度T1和T2時(shí)，在電路中就出現(xiàn)因溫差引起的熱電勢(shì)E(AB),并可通過(guò)連接點(diǎn)在C點(diǎn)的萬(wàn)用表上測(cè)量熱電勢(shì),在C點(diǎn)引入第三種金屬(如銅導(dǎo)線)，不會(huì)改變熱電勢(shì)，這就是賽貝克溫差效應(yīng)。構(gòu)成的回路中將產(chǎn)生溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)指同一導(dǎo)體兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以它們產(chǎn)生的電勢(shì)也不同:接觸電勢(shì)指兩種不同導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩種導(dǎo)體組成材料不同，它們的電子密度不同，產(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散，當(dāng)它們達(dá)到一定平衡后所形成的電勢(shì)。接觸電勢(shì)的大小取決于兩種導(dǎo)體的材料性質(zhì)及它們的接觸點(diǎn)溫度.
2.2雜質(zhì)對(duì)熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的影響
　　鉑銠熱電偶絲電極材料容易受雜質(zhì)污染，原材料純度要求不達(dá)標(biāo)都會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而體現(xiàn)為測(cè)溫正確性不好。要提高測(cè)溫精度首先要保證原材料的純度，用于制作熱電偶的原材料必須使用符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的材料。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:用于制作標(biāo)準(zhǔn)極熱電偶的鉑絲滿足R100/R0≥13922;用于制作I級(jí)、II級(jí)工業(yè)熱電偶的鉑絲，需滿足R100/R0≥13920。
除了要保證原材料的純度外，熱電偶的制作過(guò)程中也要避免雜質(zhì)的混入,尤其是硅(Si)、鐵(Fe)、鎂(Mg)等低熔點(diǎn)雜質(zhì)對(duì)貴金屬的污染。如果制備過(guò)程中混入雜質(zhì)，污染偶絲，整爐熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)都會(huì)受到嚴(yán)重影響，整體數(shù)據(jù)不達(dá)標(biāo)就必須，報(bào)廢，增加損耗。雜質(zhì)污染對(duì)純鉑的影響比鉑銠要大的多，
　鉑負(fù)極對(duì)雜質(zhì)污染及其敏感。當(dāng)鉑負(fù)極混入少.量雜質(zhì)后，熱電勢(shì)升高，偶絲配對(duì)熱電勢(shì)降低，數(shù)據(jù)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求概率增大，成品合格率降低。要保證熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)滿足要求，一方面要保證原材料的純度和配比要求，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求:另一方面要盡量避免制作過(guò)程中混入雜質(zhì)元素，污染偶絲。在制作熱電偶的過(guò)程中如何降低雜質(zhì)的影響至關(guān)重要。經(jīng)過(guò)大量的工藝驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在鉑絲的制作過(guò)程中，將鉑條用氫氧氣高溫均勻退火，可以將鉑條表面附著的低熔點(diǎn)雜質(zhì)及氣泡有效去除。為了避免退火過(guò)程中引入二次污染，用于退火的氫氧氣焊槍外邊緣需要包裹一層鉑金，退火的操作臺(tái)也要保證絕對(duì)干凈。這樣不僅可以去除大部分雜質(zhì)，還能減少鉑絲后期拉絲過(guò)程中因氣泡引起的斷絲現(xiàn)象。
　貴金屬熱電偶絲制作過(guò)程中，合金熔鑄工藝是熱電偶絲制作過(guò)程中最關(guān)鍵的-一個(gè)步驟，對(duì)熱電偶絲熱電勢(shì)的不均勻性有著直接的影響。一方面可以通過(guò)控制澆鑄過(guò)程的熱平衡控制熱電偶的不均勻熱電動(dòng)勢(shì)，另一方面可以通過(guò)增加合金的重熔次數(shù)降低熱電偶不均勻熱電動(dòng)勢(shì)。目前鉑銠合金熔鑄一般采用中頻感應(yīng)熔煉澆鑄法，將攪拌均勻的鉑銠合金連續(xù)固溶體快速澆鑄于水冷銅模中叨，可以有效防止合金成分的偏析，從而達(dá)到降低熱電偶不均勻熱電勢(shì)的目的，退火不充分時(shí)，單鉑銠回路中總熱電勢(shì)是降低的，也即S型、R型熱電偶使用前退火不充分熱電勢(shì)偏低。因?yàn)橥嘶鹪讲怀浞郑K的熱電勢(shì)越高，鉑銠熱電勢(shì)越低。所以回路中總的熱電勢(shì)降低。
　　在一個(gè)批次的熱電偶在退火充分的情況下，其熱電勢(shì)的后期變化很小。如果出現(xiàn)同一批次測(cè)溫差異很大的現(xiàn)象，首先應(yīng)要考慮熱電偶使用之前是否經(jīng)過(guò)充分退火。退火過(guò)程要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程規(guī)定的退火條件。退火溫度過(guò)低無(wú)法消除加工過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi);應(yīng)力:退火溫度過(guò)高，絲材晶粒長(zhǎng)大，強(qiáng)度降低，后續(xù)生產(chǎn)使用過(guò)程中容易斷絲。