工業(yè)爐用新型溫度傳感器(熱電偶)的研制

我國工業(yè)爐的溫度檢測技術(shù)隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的飛躍，取得了很大的發(fā)展。 多年來，蘇科儀表公司為指導(dǎo)生產(chǎn)、加強管理、減少節(jié)能消耗發(fā)揮了極其重要的作用。 蘇科儀表有限公司劉工探討了滲碳爐等高溫氣體、鐵、銅、鋁等高溫熔體、流動粉體等實用測溫技術(shù)和溫度傳感器(熱電偶、護套熱電偶、熱電偶、高溫熱電偶、防腐蝕熱電偶、多點熱電偶、貴金屬熱電偶)的國產(chǎn)化問題。 1新型溫度傳感器1.1熱電偶保護營熱電偶保護管根據(jù)其材質(zhì)分為金屬、非金屬、金屬陶瓷三類，蘇科公司曾開發(fā)過三種鉬基金保護管，主要性能見表1。 另外，利用Al2O3-C質(zhì)及陶瓷保護管CPT型、金屬或合金保護管MPT型以及等離子噴鍍等手段開發(fā)了耐磨熱電偶用表面改性保護管。 表1保護管的主要性能1.2黑體光纖紅外線輻射溫度計WFHT作者開發(fā)的在線紅外線輻射溫度計結(jié)合了光纖技術(shù)、接觸式和非接觸式溫度測量技術(shù)，即套管、透鏡和光纖一體化，與顯示器連接，構(gòu)成接觸式輻射溫度計，也稱為黑體傳感器式輻射溫度計。 WFHT采用碳化硅等套管，插入熱電偶測溫的相應(yīng)位置形成黑體空洞，用紅外線輻射溫度計通過光纖瞄準黑體空洞底部的靶面。 黑體空洞的靶面接近黑體輻射。 因此，本溫度計能夠測量真正的溫度。 1.2.1特征:該溫度計由黑體腔SiC管、光纖和輻射溫度計組成。 兼具接觸式、非接觸式兩種溫度計的優(yōu)點。 具有測量溫度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性高、安裝方便等優(yōu)點，適用于加熱爐的溫度測量。 代替鉑銠熱電偶，具有降低測溫費用、節(jié)能、消耗等優(yōu)點，現(xiàn)已在國內(nèi)鋼廠應(yīng)用。 1.2.2技術(shù)指標測溫范圍: 600~1300℃、800~1600℃、1000~2000℃； 標定精度: O.5%~l.0%； 響應(yīng)時間問題: <； 0.5s； 檢測波長: 0.65-0.9μm； 黑體型腔材料: SiC、Al2O3及耐熱合金管； 輸出信號: I型4位數(shù)字顯示: ii型4位數(shù)字顯示，有4~20mA和1~5V的標準信號輸出。光纖材質(zhì):多成分玻璃。 2工業(yè)爐測溫技術(shù)2.1連續(xù)滲碳爐溫度測量2.1.1復(fù)合管型實體熱電偶由金屬或陶瓷或金屬陶瓷保護管、高性能熱電偶及填充劑等組成的熱電偶稱為復(fù)合管型實體熱電偶[1] (以下簡稱實體熱電偶)的產(chǎn)品[2]。 結(jié)構(gòu)緊密，剩馀的空氣不少流動，k型熱電偶正極中鉻的選擇氧化大幅減少，廉價的金屬熱電偶的長期穩(wěn)定性提高。 2.1.2實體熱電偶在滲碳爐中利用瓦房店軸承廠引進的輻射加熱滲碳爐用于車輛軸承滲碳。 工藝溫度為930±； 5℃，每爐分為5個溫度區(qū)，用熱電偶測量各部分的溫度。 熱電偶安裝在從爐蓋上方垂直插入的10個測溫孔中，參照圖1。 過去出現(xiàn)的問題是，熱電偶腐蝕嚴重，壽命短，偏差大，運行時間僅在l~2之間，不能充分滿足生產(chǎn)需求。 從1994年6月1O日開始，在碳滲透爐內(nèi)各設(shè)置了10個物理熱電偶。 經(jīng)過4年多的應(yīng)用，平均壽命達到26個月，用戶滿意。 目前，東北大學傳感器工廠已經(jīng)定型生產(chǎn)，進入汽車行業(yè)等，擴大了其應(yīng)用范圍。 1-外套管2-特殊熱電偶3-爐殼耐火磚4-爐門5-托盤6-托盤插槽圖1電波加熱碳滲透爐測溫音樂系統(tǒng)圖2.2高溫熔體連續(xù)測溫2.2.1鋁液和鋁電解質(zhì)連續(xù)測溫a .鋁液連續(xù)測溫鋁液連續(xù)測溫用保護管為金屬、Si3N4和si aa 金屬管強度高，壽命短的Si3N4管耐腐蝕，強度低的Sialon材料性能理想，但價格高。 作者開發(fā)的由MPT-1型合金管、k型護套熱電偶組成的連續(xù)測溫傳感器是沈陽電纜廠引進的鋁軋制生產(chǎn)線，連續(xù)使用壽命超過4個月，在引進設(shè)備中比同種溫度傳感器的壽命提高2~3倍，且價格低廉，已在國內(nèi)普及，具有廣闊的前景。 b .鋁電解質(zhì)連續(xù)測溫鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)溫度的連續(xù)測溫對鋁電解生產(chǎn)至關(guān)重要，但迄今國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)合適的耐腐蝕材料，美國開發(fā)的保護管壽命只有72h。 作者開發(fā)的MPT-2型合金管撫鋁、包鋁工業(yè)實驗，壽命均超過400h，近期可達720h。 2.2.2鋁液和鋁電解質(zhì)問斷溫——便攜式浸人型溫度計鋁液和鋁電解質(zhì)問斷溫，從40年代開始已經(jīng)廣泛應(yīng)用滲透式溫度計。 但是，以往的溫度計有①不斷更換保護管和插頭的缺點②頻繁切斷線，制作新的測量端。 作者與撫順鋁廠共同開發(fā)的浸沒式溫度計完全克服了上述不足。 由熱電偶、保護管和數(shù)字顯示器組成。 鋁冶金及加工行業(yè)氟化物電解質(zhì)及鋁液溫度測定成功。 這個溫度計博得用戶的好評，在國內(nèi)的鋁工廠普及。 a .特征①槍與顯示器一體化，與普通熱電偶相比體重輕，響應(yīng)速度快1~2min復(fù)合型保護管耐腐蝕、更換容易，壽命100~500次，測溫費用低③溫度數(shù)字顯示，直觀準確，具有峰值保持功能的特殊需求，可增加記憶功能④操作簡單，個人 b .技術(shù)指標① 3位半數(shù)字顯示②精度1.O%； ③使用溫度范圍0~1200℃； ④重量約1kg ⑤蓄電池供電⑥槍的長度: 1000~3000mm。 c .結(jié)構(gòu)①ⅱ型熱電偶，顯示器與測量槍為一體，可更換保護管②ⅲ型熱電偶，保護符，槍體采用分解組裝式，熱電偶與保護管可更換。 2.2.3銅液連續(xù)測溫銅冶煉過程中熔融連續(xù)測溫用傳感器現(xiàn)在仍在研究之中。 針對銅加工行業(yè)銅液的連續(xù)測溫，作者采用金屬陶瓷保護管，內(nèi)插高性能熱電偶k型，制作了實體熱電偶。 1985年以來，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用證明耐高溫、長壽命在1000h以上的熱電性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、安全可靠。 沈陽電纜廠引進的銅連軋生產(chǎn)線，原設(shè)備所具有的銅水連續(xù)測溫用熱電偶為r型，采用耐熱合金作為保護管，其壽命僅為1周左右。 作者開發(fā)的熱電偶保護管，在耐熱合金管的外部追加了保護涂層。 這種新型熱電偶的安裝位置如圖2所示。 近2年的實踐結(jié)果表明，新型熱電偶的壽命長于1年，比引進設(shè)備的熱電偶壽命提高50倍。 1-熱點偶數(shù)接線盒2-固定件3-保護管4-爐體5-銅水； 6-耐高溫材料圖2銅水連續(xù)測溫用熱電偶安裝圖3流動粉體溫度測量煤系統(tǒng)、流化床、水泥熟料及耐火物等流動粉體的溫度測量，特別是增壓流化床PFB的地板溫度測量。 由于流動粉體對保護管的磨損和腐蝕嚴重，是高溫試驗領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性課題之一。 對于使用溫度不足500℃的流動粉體，可采用高強度鋼或表面改性技術(shù)，噴涂WC或Ni-Cr-B，硬度可達到60~70HRe[3]。 常用溫度為1000℃左右，鈷基合金保護管的商品名為UMC050，該保護管耐熱沖擊、耐磨損性能及高溫強度優(yōu)異，對硫化物及釩具有良好的耐腐蝕性，但價格昂貴。 為了降低成本，有研究人員在PFB現(xiàn)場采用了雙金屬復(fù)合管型結(jié)構(gòu)。 結(jié)果表明，溫度為l000℃時，壽命為≮l000h[5]。 此外，也有人在氣管的形狀上下功夫來延長壽命。 4結(jié)束語為了解決引進設(shè)備中溫度傳感器的國產(chǎn)化問題，東北大學教師與現(xiàn)場技術(shù)人員相結(jié)合，研制出復(fù)合管型特殊實體熱電偶、鋁液和銅水連續(xù)測溫熱電偶，應(yīng)用于引進的連續(xù)滲透爐、鋁銅連續(xù)軋制生產(chǎn)線，取得了良好的效果，壽命提高了50倍，得到了用戶的好評。 多年來的實踐表明，作者開發(fā)的新型溫度傳感器不僅可以取代進口設(shè)備中的溫度傳感器，還可以進入已經(jīng)明顯節(jié)約大量外匯的世界進入國際市場。

本文熱電偶高頻詞： 測溫  保護管 

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