礦物絕緣熱電偶護(hù)套的選擇方法

選擇礦物絕緣熱電偶護(hù)套H.L. Daneman，P.E .介紹的方法

礦物絕緣金屬護(hù)套( MIMS )熱電偶由一組用絕緣材料(通常為氧化鎂)包復(fù)的熱電偶線材構(gòu)成，該絕緣材料通過軋制、拉伸或旋轉(zhuǎn)等壓縮至護(hù)套直徑變小。 MIMS熱電偶的優(yōu)點(diǎn)包括:

實(shí)現(xiàn)熱電偶線與周圍環(huán)境的化學(xué)隔離。 切斷從電噪聲源到熱電偶的噪聲。 保護(hù)熱電偶線和絕緣層免受沖擊。 較終組件允許彎曲，靈活。 20年來(lái)，人們夸大了MIMS結(jié)構(gòu)的性能。 MIMS結(jié)構(gòu)與非復(fù)蓋元件相比，可靠性低、耐久性差、溫度限制也頻繁發(fā)生。 400°； C (750°； f )在以上環(huán)境下使用時(shí)，含鎳MIMS熱電偶特別容易發(fā)生校準(zhǔn)不穩(wěn)定和壽命縮短等問題，這是熱電偶使用和選擇時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素。

滯后現(xiàn)象

熱電磁滯是導(dǎo)致校準(zhǔn)不穩(wěn)定的重要因素之一。 滯后現(xiàn)象是鎳鉻合金( k型等)的溫度為200°； c和600°； C(zui始終為400°； c )之間發(fā)生的短期秩序/無(wú)序現(xiàn)象。 其表現(xiàn)為，當(dāng)熱電偶的溫度在該溫度范圍內(nèi)周期性變化時(shí)，校準(zhǔn)中也出現(xiàn)幾度的變化。 200?C和1000?C(zui始終為750°； c )間加熱或冷卻時(shí)，n型熱電偶的滯后為5°； c。 900°； c時(shí)滯為2°； c至3°； c。 例如500°； c以下使用k型熱電偶，450°； c時(shí)整夜進(jìn)行退火處理，減少滯后現(xiàn)象。

氧化反應(yīng)

氧化是影響校準(zhǔn)的另一種現(xiàn)象。 由于氧化現(xiàn)象，Ni-Cr-AI合金(例如鎳鉻合金* )為500°； 在c以上的空氣環(huán)境中壽命有限。 某種特殊形式的氧化被稱為“線朽鉻線”，意味著在氧含量低的環(huán)境(例如空氣有限流通的護(hù)套)中發(fā)生選擇性的鉻氧化。 鎳鉻合金的抗氧化溫度高達(dá)約1250?C (2300?F )，不出現(xiàn)線朽鉻線。

一些新的稱為“Nicrobell"(** )的護(hù)套材料含有鈮含量為1.5%或3.0%的鎳鉻合金。 Nicrobell"A "是為了抗氧化而特制的。 另一種稱為Nicrosil +(*** )的護(hù)套材料含有0.15%的鎳鉻合金和鎂。 據(jù)報(bào)告(參照參考文獻(xiàn)4 )，該材料與被測(cè)試的Nicrobell材料相比，難以剝離，壽命有可能變長(zhǎng)。

鎳鉻合金對(duì)還原氣體(大部分燃燒過程和許多熱處理過程的產(chǎn)物)的耐性低。 使用鎳鉻合金作為護(hù)套材料的其他改造對(duì)象

諸如Nicrobell B、c和d之類的法律可以處理典型的非氧化環(huán)境。

污染

影響校準(zhǔn)穩(wěn)定性的第三個(gè)因素是污染。 礦物絕緣、一體化設(shè)計(jì)、金屬護(hù)套熱電偶背后的理念是通過均勻壓縮填充熱電偶線和護(hù)套的超細(xì)礦物氧化物(通常為氧化鎂)絕緣層來(lái)密封內(nèi)部空間，消除污染。 通過旋壓、軋制或拉伸壓縮的絕緣體的85%左右為固體材料。 這是很有用的，因?yàn)楣懿目梢詮澢?，也可以建立更小的組件。 但是水蒸氣和空氣等氣體可能會(huì)侵入。 構(gòu)成熱電偶線和護(hù)套的設(shè)備也可能發(fā)生蒸汽擴(kuò)散。 Bentley和Morgan判斷透過氧化鎂絕緣層的錳蒸氣相擴(kuò)散對(duì)熱電偶校正的影響zui很大。

金屬疲勞

金屬疲勞是熱電偶?jí)勖s短的另一個(gè)原因。 護(hù)套與熱電偶線之間的溫度線膨脹系數(shù)的差異會(huì)在加熱或冷卻時(shí)產(chǎn)生變形。 這些應(yīng)變終于被金屬疲勞zui破裂。 加熱到900?C時(shí)，鎳硅電子合金和304不銹鋼的熱膨脹差為長(zhǎng)度的0.4%。 鎳鉻與鎳硅(腳zui容易斷裂)相比，兩者的膨脹系數(shù)差僅為0.05%。 因此，在n型熱電偶的腳中，鎳鉻合金、Nicrosil+或Niobell制的護(hù)套比不銹鋼護(hù)套的耐金屬疲勞性好。

成分

不銹鋼護(hù)套熱電偶的成分變化通常高于鎳鉻合金( *** )護(hù)套熱電偶。 根據(jù)Anderson等人進(jìn)行的測(cè)試，KN腳中鉻元素增加

此外，鋁元素減少。 這些成分變化是引起熱電偶校準(zhǔn)變化的主要原因。

大多數(shù)不銹鋼的錳含量為1%到2%。 304不銹鋼的錳含量約為2%。 其他不銹鋼的錳濃度在1%到10%之間。 Inconel的錳含量高達(dá)1%。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，1100?C時(shí)持續(xù)1000小時(shí)，護(hù)套材料中錳的1%會(huì)引起-10?C的校正偏差。 根據(jù)Bentley的測(cè)試，直徑為3 mm的n型不銹鋼護(hù)套在1000小時(shí)內(nèi)漂移到-24?C。

濕度

鞘內(nèi)的水蒸氣有多方面的影響。 被氧化鎂快速吸收，可以降低絕緣電阻.。 潮氣的侵入只需幾分鐘就能破壞MIMS熱電偶模塊。 簡(jiǎn)而言之，它會(huì)破壞鎳鉻合金表面的氧化保護(hù)涂層，加速熱電偶組件的破壞。 水蒸氣變化的結(jié)果非常嚴(yán)重，可以降低絕緣電阻，足以使受影響的熱電偶發(fā)生故障。 如果絕緣電阻降低，開路后會(huì)產(chǎn)生誤解性的溫度讀取數(shù)，可能會(huì)提前發(fā)生故障，導(dǎo)致讀取錯(cuò)誤。

在熱電偶的制造和維護(hù)過程中可以導(dǎo)入水蒸氣，也可以通過空運(yùn)和建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期貯藏(如6個(gè)月)過程中產(chǎn)生的氣壓變化導(dǎo)入水蒸氣。

建議

上文沒有提及，這些熱電偶材料的直徑與高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命有一定的關(guān)系。 在高溫環(huán)境下，支撐電加熱器的磚的表面成為導(dǎo)體。 由此，電流通過熱電偶護(hù)套(也可通過測(cè)量?jī)x器)傳遞到地板。

圖1. 1200°； c真空環(huán)境下直徑3 mm不銹鋼護(hù)套及鎳鉻合金600護(hù)套k型與鎳鉻合金熱電偶漂移和鎳硅熱電偶漂移的比較。 漂移曲線的波谷是“定位不均勻性測(cè)試”的結(jié)果，測(cè)試樣品是從爐中取出的5 cm。

維持在圖1100°的c的n型熱電偶的insitu漂移。 曲線表示空氣中帶有外徑為3mm的310不銹鋼( SS )或鎳鉻合金( NCR )護(hù)套的礦物絕緣金屬護(hù)套熱電偶和1.6mm線材熱電偶。 后者的漂移范圍也明確了。

請(qǐng)勿在溫度高的工業(yè)環(huán)境或腐蝕性工業(yè)環(huán)境中使用zui細(xì)的金屬護(hù)套熱電偶(細(xì)至1 mm )。

在礦物絕緣、金屬護(hù)套的熱電偶中并用鎳鉻熱電偶(例如k型或n型)時(shí)，不銹鋼護(hù)套的效果比鎳鉻合金600或改良的鎳鉻合金差。 改進(jìn)的鎳鉻耐熱合金熱電偶可以達(dá)到1100°型為1200°； c至1250°； c )提供更強(qiáng)的抗氧化能力，減少熱膨脹差異引起的故障，提高延展性，消除不銹鋼和鎳鉻合金中錳的蒸汽擴(kuò)散引起的漂移問題。

考慮到新材料的供應(yīng)現(xiàn)狀，用戶選擇低錳(0.3%以下)鎳鉻合金護(hù)套k型MIMS熱電偶，直到改進(jìn)的鎳鉻合金護(hù)套k型或n型及其相應(yīng)的支持?jǐn)?shù)據(jù)成熟。

( *) CHROMEL是Hoskins Manufacturing Co .的商標(biāo)。

( **) NICROBELL是NICROBELL Pty. Ltd的商標(biāo)。 NICROBELL鎧裝合金在包括美國(guó)在內(nèi)的很多國(guó)家都享有權(quán)利。

( ***) NICROSIL +是Pyrotenax Australia Pty Ltd的商標(biāo)。

( ****) NCONEL是International Nickel Co .的商標(biāo)。

經(jīng)H.L. Daneman P.E許可轉(zhuǎn)載，電子:漢克dan@comcast.net

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