CN202770547U - 一种热响应时间短的热电偶 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热响应时间短的热电偶，包括热电偶丝、保护管，所述热电偶丝封装在保护管内，所述保护管头部内填充有氮化硼粉末块，所述热电偶丝热端置于氮化硼粉末块内，本实用新型的热电偶用导热系数高且电绝缘的氮化硼粉块取代了现有热电偶保护管头部内的空气层或者氧化镁粉，并可长期在400~1700℃温度下，在保证安全可靠的测温前提下，大大缩减热电偶的热响应时间。可促进温度控制系统运行节能和工艺流程大设备的安全保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业流程设备的热电偶。
背景技术
工业用热电偶（阻）测温技术的应用已有160年历史，它对广大的工业流程及设备的监控，起着重要的基础作用。
热电偶的原理是在两种不同的金属丝组成的闭合回路中，当一端的接头温度高于另一端的接头温度时，两接头所产生的接触电势不同，形成电位差，闭合回路中有电流通过。在冷端温度稳定下，测定该电位差值，就对应测定了热端温度。
热电阻是利用某种金属丝在某一温度区间内，其电阻值与温度的对应关系，通过测定该金属丝电阻值来测定温度。
工业用普通热电偶头部的结构如图1，包括金属丝、保护管。在400-800℃，保护管一般为不锈钢保护管；在800-1200℃，保护管一般为陶瓷保护管；在1200℃以上，保护管多采用重结晶碳化硅或氮化硅保护管。国家标准GB/T16839-1997规定了它的性能；GB/T9238—1999、GB/T5978—1986规定了它们的技术条件。工业使用中，基本上满足生产要求，针对要求热响应时间短的场合，有裸露型及铠装型GB/T18404-2001热电偶，见图2，裸露型及铠装型热电偶的保护管内填充有氧化镁粉5。普通的热电偶（阻）热响应时间如下表1：
表1 普通热电偶热响应时间
铠装型热响应时间如表2
表2 铠装型热电偶热响应时间
铠装型热电偶热响应时间如下：
普通铠装型装配式热电偶热响应时间≤60s；
变径式铠装型装配热电偶热响应时间≤24s.
从表1可见普通热电偶热响应时间0.5τ达180-300s，则τ的时间还要加倍，而装配式铠装型热响应时间0.5τ也要24-60s。这样长的热响应时间难以满足工艺过程越来越高的自动化监控要求，而表2的裸铠装型热电偶（阻）只能用在条件较好的少数场合。大部分的工艺过程测温用φ16、φ20、φ25保护管，它们的测温热响应时间太长了，对于很易变化的燃烧过程来说，延长了控制达到稳态的过渡过程时间，无形的增加了大量能耗。
就工业炉子而言，全国耗煤在10亿吨以上，每个炉子都需要测温，由于测温反应时间的滞后，带来的无形的能耗是相当可观的。在大型设备（如汽轮机、发电机、大风机、大装备等）的安全保护上，温度测量是安全卫士之一，迅速反映超温状态，对大设备的安全及延长寿命有着关键作用。因此必需认识到减少测温热电偶的热响应时间，是利国利民、节能降耗的大事。
六十多年来，国内热电偶的保护管结构和材料改进不多，沿用国外老结构和材质。制造厂缺乏对工艺过程、安全和能耗浪费的足够认识，对降低测温热响应时间不够注意。
对图1普通热电偶传热的路径进行分析（表3为不同温度下传热路径及导热系数），通过对不同温度下热传导、对流、辐射为主的传热计算，得出如下分析：
表3 不同温度下传热路径及导热系数
影响热电偶热响应时间的主要因素有：
1. 在传导热和对流传热的低、中温度下，普通热电偶传热路径中空气层远比保护管壁传热热阻高，99倍以上，它是热电偶热响应时间长的主要因素。
2. 铠装热电偶的绝缘导热填料是氧化镁粉，其导热系数0.07w/m.k。比相应温度下的陶瓷小10多倍，比钢小500-1000倍。因此氧化镁粉虽能绝缘，但导热系数小，是导致热电偶热响应时间长的因素。对比表2露铠装热电偶的热响应时间Φ8的3种结构（露端、接壳、绝缘），“绝缘”为“露端”的8倍，随直径的增大，还呈变比的增大，加安装套后达60倍。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种热响应时间短的热电偶，缩减现有热电偶的热响应时间。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种热响应时间短的热电偶，包括热电偶丝、保护管，所述热电偶丝封装在保护管内，所述保护管头部内填充有氮化硼粉末块，所述热电偶丝热端置于氮化硼粉末块内。
所述保护管随温度升高分别为不锈钢保护管、陶瓷保护管、金属陶瓷保护管、重结晶碳化硅保护管、重结晶氮化硅保护管中的一种。
所述重结晶碳化硅保护管、重结晶氮化硅保护管外涂有2-3mm厚的氮化硼高温耐磨涂料。
所述所述氮化硼粉末块上表面设有高温陶瓷隔热纤维片，减少高温下对接线盒方向幅射传热。
与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型的热电偶用导热系数高且电绝缘的氮化硼粉末取代了现有热电偶保护管与热端间的空气层，由于氮化硼的导热系数远大于空气隙或者氧化镁粉导热系数，且绝缘电阻高，因此本实用新型的热电偶大大缩减了测温热响应时间。可促进温度控制系统运行节能和工艺流程大设备的安全保护。
附图说明
图1为普通热电偶头部结构示意图；
图2为铠装型热电偶结构示意图；（a）裸露型热电偶头结构示意图；（b）普通铠装型装配式热电偶头结构示意图；（c）变径式铠装型装配热电偶头结构示意图；
图3为本实用新型一实施例热电偶结构示意图。
具体实施方式
如图3所示，本实用新型一实施例包括热电偶丝3、保护管1，所述热电偶丝3封装在保护管1内，所述保护管1头部内填充有氮化硼粉末块7，所述热电偶丝3热端置于氮化硼粉末块7内。
本实用新型的热电偶还包括封装在保护管内的绝缘瓷套2，所述热电偶丝3一端两根丝分别穿过绝缘瓷套2引向与仪表连接的热电偶接线盒，所述热电偶丝3另一端为测温热端4。
所述保护管随温度升高分别为不锈钢保护管、陶瓷保护管、金属陶瓷保护管、重结晶碳化硅保护管、重结晶氮化硅保护管中的一种。
对于＞1200℃重结晶碳化硅或氮化硅保护管热电偶，由于保护管有18 %的孔隙率，需用氮化硼高温耐磨涂料在管外表面涂刷2-3mm厚，经微波内渗处理技术，使其密实及增强。
所述氮化硼粉末块与保护管之间设有15mm厚高隔热陶瓷纤维块8，以减少高温下对接线盒方向幅射传热。
本实用新型的热电偶适用于400℃～1700℃的测温环境。
表4 空气隙、氧化镁、导热硅橡胶在相应工况温度下的导热系数、绝缘电阻
由表4，氮化硼与空气隙的导热系数比在100左右，用来替代保护管内头部空气隙，能大大减少热响应时间。
氮化硼粉末较贵，但因每支热电偶的需求量小，所增成本值仅在10-20%。而热电偶改进热响应时间后，由于工业上普遍应用，控制过程动态能耗减少，长期节能效果是显著的。
Claims (4)
1.一种热响应时间短的热电偶，包括热电偶丝、保护管，所述热电偶丝封装在保护管内，其特征在于，所述保护管头部内填充有氮化硼粉末块，所述热电偶丝热端置于氮化硼粉末块内。
2.根据权利要求1所述的热电偶，其特征在于，所述保护管为不锈钢保护管、陶瓷保护管、金属陶瓷保护管、重结晶碳化硅保护管、重结晶氮化硅保护管中的一种。
3.根据权利要求2所述的热响应时间短的热电偶，其特征在于，所述重结晶碳化硅保护管、重结晶氮化硅保护管外涂有2-3mm厚的氮化硼高温耐磨涂料。
4.根据权利要求1所述的热响应时间短的热电偶，其特征在于，所述氮化硼粉末块上表面设有高温陶瓷隔热纤维片。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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