CN101281065A - 氧化锆温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化锆温度传感器，其是将氧化锆制品作为其一极，耐高温导电制品作为另一极，两者之间设置耐高温绝缘体，上述的氧化锆制品、耐高温导电制品和耐高温绝缘体固化为一体，并在氧化锆制品和耐高温制品上设置引线体。本发明是利用氧化锆发热元件在1200℃－2100℃之间，其电阻系数或电流密度，消耗功率与炉膛温度成线性关系的上述特性和不同材料的两根导线互相焊接起来，两导线的另一端便可以出现电动势，其值与被测温度又确定的关系制成的氧化锆温度传感器。把电阻或电流信号转变成模拟信号或数字信号，其直接与智能仪表相连接，显示出设定温度和测量温度，达到了在氧化条件下直接测量1200℃－2100℃的目的。
Description
技术领域
本发明属于温度测量用传感器，主要涉及一种超高温1800℃以上氧化条件下使用的氧化锆温度传感器，也称为氧化锆热电偶。
背景技术
目前，各种测温仪表中，用于1600℃以上的温度传感器主要详见下表：
从上表可以看出：用于氧化条件下1800℃的热电偶，有双铂铑热电偶。铂铑-铂铑热电偶使用的最高温度范围为0-1800℃，实际上，市场上出售的双铂铑热电偶的长期使用温度，一般在1650℃以下。市场上没有发现在氧化条件下能测定1800℃以上的接触式测温元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种温度传感器和氧化锆热电偶，使其可以在氧化条件下直接测量1200℃-2100℃的温度。
本发明的目的可采用如下技术方案实现：其是将氧化锆制品作为其一极，耐高温导电制品作为另一极，两者之间设置耐高温绝缘体，上述的氧化锆制品、耐高温导电制品和耐高温绝缘体固化为一体，并在氧化锆制品和耐高温导电制品上分别设置引线体。
本发明的理论基础为：
众说周知，不同材料的两根导线互相焊接起来，将此焊点置于被测温度下，两导线的另一端便可以出现电动势，其值与被测温度又确定的关系，这种温度传感器就称为热电偶。热电偶是温度传感器的一种。
氧化锆(ZrO2)的相对分子质量123.2，真空密度5.68g/cm3、熔点为2670℃，莫氏硬度为6.5度，20-1000℃的平均线膨胀系数为10×10-6/℃，1000℃热导率为2.3W/(m.k)，氧化锆陶瓷制品的耐压强度可达2100MPa。
氧化锆制品接近酸性耐火材料，对酸性或中性炉渣具有良好的抗侵蚀性。在氧化条件下，使用十分稳定。
氧化锆发热元件(高温部分)的电阻系数与温度，在1200℃-2000℃范围内，各种元件的电阻变化在4-19之间成线性关系。
发热元件高温部分的表面温度与电流密度成线性关系。当电路总电流8-9A时截面积为0.2cm3的发热元件的电流密度为40A/cm2，温度可达到2000℃，炉子的功率消耗为1.0-1.5KW。
从以上可以看出，氧化锆发热元件在1200℃-2100℃之间，在氧化条件下的电阻系数，电流密度，消耗功率和炉膛温度之间呈现线性关系。氧化锆发热元件是由氧化锆和稳定剂混合成的，在1100℃以下不导电，在1200℃-2100℃之间成为导体。
这种线性关系为通过1200℃-2100℃之间测定其电阻系数或电流密度，消耗功率与炉膛温度的线性关系，达到实现测定被测量环境温度的目的，提供了坚实的理论基础。本发明正是利用氧化锆发热元件在1200℃-2100℃之间的上述特性制成的热电偶，热电转化器，把电阻或电流信号转变成模拟信号或数字信号，这种数字信号，可直接与智能仪表相连接，显示出设定温度和测量温度，达到了在氧化条件下直接测量1200℃-2100℃的目的。需要温度变化时，再通过仪表反馈给加热元件，达到控制环境温度的目的。
附图说明
附图1为本发明的实施例结构示意图。
图中：1、引线体，2、引线体，3、粉状氧化镁，4、氧化锆陶瓷管，5、氧化锆棒。
具体实施方式
结合附图，说明本发明的具体实施例。
实施例1：利用氧化锆发热元件在1200℃-2100℃之间，在氧化条件下的电阻系数，电流密度，消耗功率和炉膛温度之间呈现线性关系这一原理。制作成氧化锆温度传感器
如图1所示，氧化锆温度传感器的一极采用含有一定稳定剂的氧化锆固熔体做成一头封口一头开口的氧化锆陶瓷管4，另一极也采用含有一定稳定剂的氧化锆固熔体做成为直径为￠10-15mm的氧化锆棒5，氧化锆棒5作为耐高温导电制品其位于氧化锆陶瓷管4中，两者底部固化为一体。氧化锆温度传感器的氧化锆陶瓷管和氧化锆棒两端都可以设置导电引线体。氧化锆陶瓷管4和氧化锆棒5之间有约8-15mm厚的空隙，空隙间填充粉状氧化镁3作为绝缘体，在氧化锆陶瓷管的上端设置一引线体2，在氧化锆棒上安装一个引线体1，引线体1和引线体2分别成为氧化锆温度传感器的两个接线电极。如果在引线体一端增加一些为了牢固、携带方便用的其他装置，氧化锆温度传感器的电极部分就算做成了。
在超过1200℃的热状态下，氧化锆温度传感器的两端，产生的电阻或电流密度或消耗功率与温度之间的成线性关系，通过热电转化器(市售产品，其为成熟技术)，把电阻或电流信号转变成模拟信号或数字信号，这种数字信号，可直接与智能仪表相连接，显示出设定温度和测量温度，需要温度变化时，在通过仪表反馈给加热元件，达到控制环境温度的目的。
实施例2：
将上述实施例1中氧化锆陶瓷管4中的氧化锆棒5换成铬酸镧(铬酸锶镧)棒，两者之间的联结点在高温下固化为一体，两端可设置导电引线体，用粉状氧化镁3做为绝缘体填料，其可作为另一种形式的氧化锆温度传感器，也可称为氧化锆热电偶。
实施例3：
将实施例1中的氧化锆陶瓷管4用铬酸镧(铬酸锶镧)陶瓷管代替作为耐高温导电制品，用氧化锆棒作为氧化锆制品，两者之间的联结点在高温下固化为一体，两端可设置导电引线体，两者之间用粉状氧化镁3做为绝缘体填料，其可作为另一种形式的氧化锆热电偶。
由于氧化锆陶瓷材料在室温到1100℃之间不导电，氧化锆温度传感器在1100℃以下时，无法进行温度测量，因此，氧化锆温度传感器只能用来测量1200℃以上的高温段的温度，若需从室温到2100℃的全程测量时，需要用铂铑热电偶配合使用，有时，也需要用双铂铑热电偶和红外测温仪来校正氧化锆热电偶。
Claims (4)
1. 一种氧化锆温度传感器，其特征是：其是将氧化锆制品作为其一极，耐高温导电制品作为另一极，两者之间设置耐高温绝缘体，上述的氧化锆制品、耐高温导电制品和耐高温绝缘体固化为一体，并在氧化锆制品和耐高温导电制品上设置引线体。
2. 根据权利要求书1所述的氧化锆温度传感器，其特征是：氧化锆制品为一头封口一头开口的氧化锆陶瓷管(4)，耐高温导电制品为氧化锆棒(5)，其位于氧化锆陶瓷管(4)中，氧化锆陶瓷管(4)和氧化锆棒(5)固化为一体，氧化锆棒(5)与氧化锆陶瓷管(4)之间填充粉状氧化镁(3)作为绝缘体，在氧化锆陶瓷管(4)的上端设置一引线体(2)，氧化锆棒(5)上设置引线体(1)。
3. 根据权利要求书1所述的氧化锆温度传感器，其特征是：氧化锆制品为一头封口一头开口的氧化锆陶瓷管(4)，耐高温导电制品为铬酸镧或铬酸锶镧棒，其位于氧化锆陶瓷管(4)中，铬酸镧或铬酸锶镧棒与氧化锆陶瓷管(4)之间填充粉状氧化镁(3)作为绝缘体，在氧化锆陶瓷管(4)的上端设置一引线体(2)，铬酸镧或铬酸锶镧棒设置引线体(1)。
4. 根据权利要求书1所述的氧化锆温度传感器，其特征是：耐高温导电制品为一头封口一头开口的铬酸镧或铬酸锶镧陶瓷管，氧化锆制品为氧化锆棒，其位于铬酸镧或铬酸锶镧陶瓷管中，氧化锆棒与铬酸镧或铬酸锶镧陶瓷管之间填充粉状氧化镁作为绝缘体，在铬酸镧或铬酸锶镧陶瓷管的上端设置一引线体，在氧化锆棒上设置引线体。
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