CN105758543A - 一种高熔点金属或合金热电偶及其制作和温度校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高熔点金属或合金热电偶及其制作和温度校正方法，利用高熔点金属或合金制成的引线体作为热电偶的感温元件，以二硼化锆复合陶瓷等超高温陶瓷及刚玉作为热电偶保护管，经过温度校正技术制作而成的热电偶，可以测量2000?3000℃温场的温度；本发明提供的高熔点金属或合金热电偶制作方法工艺简单、取材广泛，适合大批量工业化生产；且所制得的热电偶温度校正方法简单，方便实用。
Description
技术领域
本发明涉及温度传感器技术领域，具体的说是一种高熔点金属或合金热电偶及其制作和温度校正方法。
背景技术
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：（1）测量精度高：因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。（2）测量范围广：常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。（3）构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应，热电偶就是利用这一效应来工作的。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T（即分度号）七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
工业用铂铑-铂铑热电偶（B型）的在空气中的最高使用温度为1800℃，虽然，钨铼热电偶在真空或者惰性气体下的使用温度可以达到2200℃以上，但是，由于钨铼材料的抗氧化性较差，对氧含量较为敏感，试验中观察到，当惰性气体有微量的氧气，即使氧含量在(1～2)×10-6时，钨铼热电偶也会发生漂移。
周森安等人利用二硼化锆复合陶瓷感温元件、以二硼化锆复合陶瓷材料作为保护管、铂铑丝作为引线体、耐高温绝缘填充材料、耐高温绝缘陶瓷珠、接线盒和热电信号转换器。
有关报道显示，钨-钼热电偶测量范围为0-2400℃，铱-铱铑热电偶测量范围为0-2100℃。
但是，上述列出的热电偶和传感器，仅有钨铼热电偶进行了标准化生产，市场上很难见到其他产品出售。因此，进一步研究超高温热电偶和超高温温度传感器，是十分迫切的。
发明内容
本发明的目的是提供一种高熔点金属或合金热电偶及其制作和温度校正方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高熔点金属或合金热电偶，包括引线体、绝缘陶瓷片、保护管、穿线管及接线盒，所述保护管一端封闭一端开口，保护管自封闭端至开口端由耐高温保护管和刚玉保护管组成，刚玉保护管套接在耐高温保护管外，且刚玉保护管一端的内壁与耐高温保护管外壁之间设有耐高温粘结剂层，刚玉保护管的另一端通过金属管与接线盒密封连接，所述穿线管套设在引线体外，穿线管设置在保护管内，且引线体一端伸出穿线管外设置在保护管封闭端底部，另一端伸出保护管外与接线盒内的接线柱连接，绝缘陶瓷片设置在保护管封闭端底部与引线体端部之间。
所述引线体由引线体Ⅰ和引线体Ⅱ对接而成，连接端设置在保护管封闭端底部，分开端分别与接线盒内的接线柱连接。
所述引线体由铂铑丝、铱丝、铱铑丝、钼铼丝、铪丝、铱钨丝、钨丝、铼丝、钼丝或是铱、铑、钼、铼、铪、钨的合金材料制成。
所述穿线管由氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化硼陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷或碳化物陶瓷制成。
所述耐高温保护管由二硼化锆复合陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷、硼化锆陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化硼陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属钨、金属钼或其合金制成。
所述绝缘陶瓷片为与保护管封闭端底部相贴合的弧面形。
一种如上所述的高熔点金属或合金热电偶的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：首先根据温度、使用环境、探头材料的性能，选择保护管材料，再根据所选材料的性能，通过传统的注浆成型工艺、热压成型烧结工艺制作耐高温保护管和刚玉保护管；
步骤二：将穿线管套设在引线体外；
步骤三：将绝缘陶瓷片固定在耐高温保护管底部；
步骤四：将耐高温保护管和刚玉保护管用耐高温粘结剂粘合在一起，组成保护管；
步骤五：将套有穿线管的引线体插进保护管内；
步骤六：将金属管密封连接在刚玉保护管与接线盒之间，将引线体的伸出端接至接线盒的接线柱上，盖上接线盒。
一种上所述的高熔点金属或合金热电偶的温度校正方法，以高精度红外测温仪为基准，以辐射系数近似等于1的材料作为标准试块，比较校正高熔点金属或合金作为感温元件在不同温度下的电参数，在一个高温校温试验炉内的中心线两侧的水平线上，分别制作安装孔，一个安装高精度红外测温仪，另一个插入如上所述的热电偶，热电偶接线端接在电性能测试仪上，先测出温度与电性能的对应关系，再把电性能参数输入仪表内，仪表显示出与高精度红外测温仪一致的温度，在真空或惰性气体条件下，理论上最高使用温度可以达到3300℃；
所述辐射系数近似等于1的材料为石墨材料。
本发明的有益效果：
本发明提供的高熔点金属或合金热电偶，利用高熔点金属或合金制成的引线体作为热电偶的感温元件，以二硼化锆复合陶瓷等超高温陶瓷及刚玉作为热电偶保护管，经过温度校正技术制作而成的热电偶，可以测量2000-3000℃温场的温度；本发明提供的高熔点金属或合金热电偶制作方法工艺简单、取材广泛，适合大批量工业化生产；且所制得的热电偶温度校正方法简单，方便实用。
附图说明
图1本发明结构示意图；
附图标记：1、绝缘陶瓷片，2、耐高温保护管，3、耐高温粘结剂层，4、刚玉保护管，5、穿线管，6、金属管，7、引线体Ⅰ，8、引线体Ⅱ，9、接线柱，10、接线盒。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
如图所示：一种高熔点金属或合金热电偶，包括引线体、绝缘陶瓷片1、保护管、穿线管5及接线盒10，所述保护管一端封闭一端开口，保护管自封闭端至开口端由耐高温保护管2和刚玉保护管4组成，刚玉保护管4套接在耐高温保护管2外，且刚玉保护管4一端的内壁与耐高温保护管2外壁之间设有耐高温粘结剂层3，刚玉保护管4的另一端通过金属管6与接线盒10密封连接，所述穿线管5套设在引线体外，穿线管5设置在保护管内，且引线体一端伸出穿线管外设置在保护管封闭端底部，另一端伸出保护管外与接线盒10内的接线柱9连接，绝缘陶瓷片1设置在保护管封闭端底部与引线体端部之间；所述引线体由引线体Ⅰ7和引线体Ⅱ8对接而成，连接端设置在保护管封闭端底部，分开端分别与接线盒内的接线柱连接；所述绝缘陶瓷片为与保护管封闭端底部相贴合的弧面形；所述引线体由铂铑丝、铱丝、铱铑丝、钼铼丝、铪丝、铱钨丝、钨丝、铼丝、钼丝或是铱、铑、钼、铼、铪、钨的合金材料制成；所述穿线管由氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化硼陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷或碳化物陶瓷制成；所述耐高温保护管由二硼化锆复合陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷、硼化锆陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化硼陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属钨、金属钼或其合金制成。
二硼化锆复合陶瓷材料是指以二硼化锆作为复合陶瓷的基体材料、碳化硅等作为添加材料，通过2000℃以上热压烧结或者常压烧结的方法，制作而成的二硼化锆复合陶瓷材料。现已有报道，ZrB2-SiC复合陶瓷材料，可以通过多种成型的方式来实现，可以在真空条件和气氛条件下烧结而成。
金属钨的熔点3421.85℃，密度19.1g/cm3；
金属钼的熔点2695℃，密度10.3g/cm3；
金属铑的熔点1962.85℃，密度12.5g/cm3；
金属铼的熔点3181℃，密度20.53g/cm3；
金属铪的熔点2230.85℃，密度13.3g/cm3；
金属铱的熔点2410℃，密度22.42g/cm3。
一种如上所述的高熔点金属或合金热电偶的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：首先根据温度、使用环境、探头材料的性能，选择保护管材料，再根据所选材料的性能，通过传统的注浆成型工艺、热压成型烧结工艺制作耐高温保护管和刚玉保护管；
步骤二：将穿线管套设在引线体外；
步骤三：将绝缘陶瓷片固定在耐高温保护管底部；
步骤四：将耐高温保护管和刚玉保护管用耐高温粘结剂粘合在一起，组成保护管；
步骤五：将套有穿线管的引线体插进保护管内；
步骤六：将金属管密封连接在刚玉保护管与接线盒之间，将引线体的伸出端接至接线盒的接线柱上，盖上接线盒。
测温的原理为金属或者合金探头感测到温度后，引线体的接触点温度升高，引线体的电性能随着温度的升高呈现线性变化，在通过智能仪表把电信号转化为温度显示出来。
一种如上所述的高熔点金属或合金热电偶的温度校正方法，以高精度红外测温仪为基准，以辐射系数近似等于1的材料石墨作为标准试块，比较校正高熔点金属或合金作为感温元件在不同温度下的电参数，在一个高温校温试验炉内的中心线两侧的水平线上，分别制作安装孔，一个安装高精度红外测温仪，另一个插入如上所述的热电偶，热电偶接线端接在电性能测试仪上，先测出温度与电性能的对应关系，再把电性能参数输入仪表内，仪表显示出与高精度红外测温仪一致的温度，在真空或惰性气体条件下，理论上最高使用温度可以达到3300℃。
本发明利用上述高熔点金属或合金制作的热电偶的感温元件，以二硼化锆复合陶瓷等超高温陶瓷作为热电偶保护管，经过温度校正技术制作而成的热电偶，可以测量2000-3000℃温场的温度。
Claims (9)
1.一种高熔点金属或合金热电偶，其特征在于：包括引线体、绝缘陶瓷片、保护管、穿线管及接线盒，所述保护管一端封闭一端开口，保护管自封闭端至开口端由耐高温保护管和刚玉保护管组成，刚玉保护管套接在耐高温保护管外，且刚玉保护管一端的内壁与耐高温保护管外壁之间设有耐高温粘结剂层，刚玉保护管的另一端通过金属管与接线盒密封连接，所述穿线管套设在引线体外，穿线管设置在保护管内，且引线体一端伸出穿线管外设置在保护管封闭端底部，另一端伸出保护管外与接线盒内的接线柱连接，绝缘陶瓷片设置在保护管封闭端底部与引线体端部之间。
2.如权利要求1所述的高熔点金属或合金热电偶，其特征在于：所述引线体由引线体Ⅰ和引线体Ⅱ对接而成，连接端设置在保护管封闭端底部，分开端分别与接线盒内的接线柱连接。
3.如权利要求1所述的高熔点金属或合金热电偶，其特征在于：所述引线体由铂铑丝、铱丝、铱铑丝、钼铼丝、铪丝、铱钨丝、钨丝、铼丝、钼丝或是铱、铑、钼、铼、铪、钨的合金材料制成。
4.如权利要求1所述的高熔点金属或合金热电偶，其特征在于：所述穿线管由氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化硼陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷或碳化物陶瓷制成。
5.如权利要求1所述的高熔点金属或合金热电偶，其特征在于：所述耐高温保护管由二硼化锆复合陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷、硼化锆陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化硼陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属钨、金属钼或其合金制成。
6.如权利要求1所述的高熔点金属或合金热电偶，其特征在于：所述绝缘陶瓷片为与保护管封闭端底部相贴合的弧面形。
7.一种如权利要求1所述的高熔点金属或合金热电偶的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：首先根据温度、使用环境、探头材料的性能，选择保护管材料，再根据所选材料的性能，通过传统的注浆成型工艺、热压成型烧结工艺制作耐高温保护管和刚玉保护管；
步骤二：将穿线管套设在引线体外；
步骤三：将绝缘陶瓷片固定在耐高温保护管底部；
步骤四：将耐高温保护管和刚玉保护管用耐高温粘结剂粘合在一起，组成保护管；
步骤五：将套有穿线管的引线体插进保护管内；
步骤六：将金属管密封连接在刚玉保护管与接线盒之间，将引线体的伸出端接至接线盒的接线柱上，盖上接线盒。
8.一种如权利要求1所述的高熔点金属或合金热电偶的温度校正方法，其特征在于：以高精度红外测温仪为基准，以辐射系数近似等于1的材料作为标准试块，比较校正高熔点金属或合金作为感温元件在不同温度下的电参数，在一个高温校温试验炉内的中心线两侧的水平线上，分别制作安装孔，一个安装高精度红外测温仪，另一个插入如上所述的热电偶，热电偶接线端接在电性能测试仪上，先测出温度与电性能的对应关系，再把电性能参数输入仪表内，仪表显示出与高精度红外测温仪一致的温度，在真空或惰性气体条件下，理论上最高使用温度可以达到3300℃。
9.如权利要求8所述的高熔点金属或合金热电偶的温度校正方法，其特征在于：所述辐射系数近似等于1的材料为石墨材料。
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