CN102937486B

CN102937486B - 一种增韧型的高温铱铑热电偶

Info

Publication number: CN102937486B
Application number: CN201210509331.9A
Authority: CN
Inventors: 杨永军; 赵俭
Original assignee: Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Current assignee: Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: CN102937486A

Abstract

本发明涉及一种高温测量用的热电偶，尤其涉及一种适用于2400K以下温度测量的增韧型的高温铱铑热电偶，属于温度测试领域。包括热电偶丝、绝缘瓷管、保护外壳；热电偶丝置于绝缘瓷管内部；绝缘瓷管外部包覆保护外壳；在热电偶丝和绝缘瓷管之间、以及绝缘瓷管和保护外壳之间填充高温粘结剂，用于固定和密封；其特征在于：所述热电偶的正极采用IrRh合金，Ir和Rh的重量百分比分别为40％～60％和60％～40％；负极采用IrRh合金，Ir和Rh的重量百分比分别为80％～90％和20％～10％；正极和负极焊接成热接点；在热接点焊接之后与热电偶装配前X需进行去应力退火。解决了传统的铱铑系热电偶脆性大以及具有催化效应的问题。避免了负极断裂，并且提高了测量的精确度。

Description

一种增韧型的高温铱铑热电偶

技术领域

本发明涉及一种高温测量用的热电偶，尤其涉及一种增韧型的高温铱铑热电偶，属于温度测试领域。

背景技术

目前，在各工业领域，经常会遇到高温(一般指1300K以上)测量的问题。测量高温所用的热电偶，一般采用贵金属偶丝，标准分度的B型热电偶所能测量的最高温度约为2000K，非标准分度的铂铑40-铂铑20(PtRh40-PtRh20)热电偶的测量温度上限约为2100K，而铱40铑-铱(Ir40Rh-Ir)和铱60铑-铱(Ir60Rh-Ir)等铱铑系非标准分度热电偶，测量温度上限可达2400K。但由于Ir40Rh-Ir和Ir60Rh-Ir热电偶的负极材料为纯铱，脆性很大，在装配传感器和使用过程中经常会出现早期断裂的现象，严重影响了其使用效果。另外，使用铂、铱等系列的贵金属热电偶在测量燃气温度时，热电偶在使用初期会产生催化效应和成分挥发，使测得的温度与实际温度偏离，影响到了测温的准确度。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的铱铑系热电偶脆性大以及具有催化效应的问题，本发明公开了一种增韧型的高温铱铑热电偶。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的一种增韧型的高温铱铑热电偶，包括热电偶丝、绝缘瓷管、保护外壳；连接关系为：热电偶丝置于绝缘瓷管内部；绝缘瓷管外部包覆保护外壳；在热电偶丝和绝缘瓷管之间填充高温粘结剂，绝缘瓷管和保护外壳之间填充高温粘结剂，填充高温粘结剂用于固定和密封。

所述热电偶的正极采用IrRh合金(铱铑合金)，Ir(铱)和Rh(铑)的重量百分比分别为40％～60％和60％～40％；负极采用IrRh合金，Ir和Rh的重量百分比分别为80％～90％和20％～10％；正极和负极焊接成热接点；所述焊接方式采用除激光焊与钎焊之外的焊接方式焊接；

为保证热电偶的韧性，在偶丝热接点焊接之后，热电偶装配前需进行去应力退火，退火温度为800K～900K，保温时间为30min。

所述的一种增韧型的高温铱铑热电偶，当热电偶在高温燃气环境中使用时，热电偶丝的表面需要预先进行镀膜处理，镀膜材料为含6％～8％(重量百分比)Y₂O₃的ZrO₂，膜层厚度不超过1μm，镀膜工艺采用磁控溅射方法。

所述绝缘瓷管为高纯度双孔或多孔的氧化镁或氧化铍。

所述保护外壳为高温合金材料或者耐高温陶瓷材料，需要对高温合金外壳加以水冷。

所述高温粘结剂的填充深度不小于5mm。

有益效果

1、本发明的一种增韧型的高温铱铑热电偶，在负极掺入了铑，避免出现类似纯铱材料中的粗大晶粒，从而提高了负极材料的韧性，解决了传统铱铑热电偶脆性大的问题；传统的铱铑热电偶，在高温燃气环境中使用几个小时后，由于脆性大常出现偶丝负极断裂的现象，而本发明则避免了断裂现象的发生。

2、本发明的一种增韧型的高温铱铑热电偶，在热电偶丝表面进行了镀膜处理，使得贵金属偶丝不直接接触高温燃气，解决了传统铱铑热电偶的催化效应问题；经试验证明，传统的铱铑热电偶，由于催化效应造成的测温误差可达100K以上，而本发明则消除了这种误差。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中，1-热电偶丝、2-绝缘瓷管、3-保护外壳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

本发明的一种增韧型的高温铱铑热电偶，包括热电偶丝、绝缘瓷管、保护外壳，如图1所示；连接关系为：热电偶丝置于绝缘瓷管内部；绝缘瓷管外部包覆保护外壳；在热电偶丝和绝缘瓷管之间、以及绝缘瓷管和保护外壳之间填充高温粘结剂，用于固定和密封。

所述热电偶的正、负极均采用IrRh合金(铱铑合金)，正极中Ir(铱)的重量百分比分别为50％，Rh(铑)的重量百分比分别为50％；负极中，Ir(铱)的重量百分比分别为90％，Rh(铑)的重量百分比分别为10％。

所述绝缘瓷管为高纯度双孔氧化镁。

所述保护外壳为高温合金材料，对高温合金外壳加以水冷保护。

制备过程：

正极和负极材料分别按上述成分配比，进行真空熔炼，浇注成锭后，经四次热拉拔形成直径为0.5mm的细丝。拉拔而成的细丝，进行退火处理，以消除内部残余应力。退火温度为1300K，退火时间为2h。

正极和负极采用氩弧焊的方式焊接成热接点。

对偶丝进行去应力退火，退火温度为900K，保温时间为30min。

采用磁控溅射方法对热电偶丝的表面进行镀膜处理，镀膜材料为含6％(重量百分比)Y₂O₃的ZrO₂，膜层厚度为1μm。

对偶丝进行去应力退火，退火温度为850K，保温时间为30min。

将偶丝装入双孔氧化镁绝缘瓷管，并在偶丝和绝缘瓷管之间填充高温粘结剂，填充深度为5mm。

将偶丝和绝缘瓷管一起装入保护外壳，并在绝缘瓷管和保护外壳之间填充高温粘结剂，填充深度为6mm。

按上述过程制备得到本发明的热电偶。

对比传统Ir40Rh-Ir热电偶丝与本发明所制备的Ir50Rh-Ir90Rh热电偶丝的韧性，结果表明，Ir40Rh-Ir偶丝在盘成直径80mm的卷时，偶丝表面出现了裂纹，而Ir50Rh-Ir90Rh偶丝盘成直径50mm的卷，未发现任何表面缺陷。

Claims

1.一种增韧型的高温铱铑热电偶，包括热电偶丝、绝缘瓷管、保护外壳；热电偶丝置于绝缘瓷管内部；绝缘瓷管外部包覆保护外壳；在热电偶丝和绝缘瓷管之间填充高温粘结剂，绝缘瓷管和保护外壳之间填充高温粘结剂，填充高温粘结剂用于固定和密封；其特征在于：所述热电偶丝的正极采用IrRh合金，Ir和Rh的重量百分比分别为40%～60%和60%～40%；负极采用IrRh合金，Ir和Rh的重量百分比分别为80%～90%和20%～10%；热电偶丝的正极和负极在一侧焊接成热接点；在热接点焊接后以及热电偶装配前，热电偶丝均进行去应力退火。

2.如权利要求1所述的一种增韧型的高温铱铑热电偶，其特征在于：当热电偶在高温燃气环境中使用时，热电偶丝的表面需要预先进行镀膜处理，镀膜处理在热电偶丝焊接后进行，镀膜材料含Y₂O₃和ZrO₂，ZrO₂中含重量百分比6%～8%的Y₂O₃；膜层厚度不超过1μm，镀膜工艺采用磁控溅射方法。

3.如权利要求1或2所述的一种增韧型的高温铱铑热电偶，其特征在于：所述的应力退火温度为800K～900K，保温时间为30min。

4.如权利要求3所述的一种增韧型的高温铱铑热电偶，其特征在于：所述绝缘瓷管材料为高纯度双孔或多孔的氧化镁或氧化铍。

5.如权利要求3所述的一种增韧型的高温铱铑热电偶，其特征在于：所述保护外壳为高温合金材料或者耐高温陶瓷材料，需要对高温合金外壳加以水冷。

6.如权利要求3所述的一种增韧型的高温铱铑热电偶，其特征在于：所述高温粘结剂的填充深度不小于5mm。

7.如权利要求3所述的一种增韧型的高温铱铑热电偶，其特征在于：所述焊接方式采用除激光焊与钎焊之外的焊接方式焊接。