選擇礦物絕緣熱電偶護套H.L. Daneman，P.E .介紹的方法

礦物絕緣金屬護套( MIMS )熱電偶由一組用絕緣材料(通常為氧化鎂)包復的熱電偶線(xiàn)材構成，該絕緣材料通過(guò)軋制、拉伸或旋轉等壓縮至護套直徑變小。 MIMS熱電偶的優(yōu)點(diǎn)包括:

實(shí)現熱電偶線(xiàn)與周?chē)h(huán)境的化學(xué)隔離。 切斷從電噪聲源到熱電偶的噪聲。 保護熱電偶線(xiàn)和絕緣層免受沖擊。 較終組件允許彎曲，靈活。 20年來(lái)，人們夸大了MIMS結構的性能。 MIMS結構與非復蓋元件相比，可靠性低、耐久性差、溫度限制也頻繁發(fā)生。 400°； C (750°； f )在以上環(huán)境下使用時(shí)，含鎳MIMS熱電偶特別容易發(fā)生校準不穩定和壽命縮短等問(wèn)題，這是熱電偶使用和選擇時(shí)應重點(diǎn)考慮的因素。

滯后現象

熱電磁滯是導致校準不穩定的重要因素之一。 滯后現象是鎳鉻合金( k型等)的溫度為200°； c和600°； C(zui始終為400°； c )之間發(fā)生的短期秩序/無(wú)序現象。 其表現為，當熱電偶的溫度在該溫度范圍內周期性變化時(shí)，校準中也出現幾度的變化。 200?C和1000?C(zui始終為750°； c )間加熱或冷卻時(shí)，n型熱電偶的滯后為5°； c。 900°； c時(shí)滯為2°； c至3°； c。 例如500°； c以下使用k型熱電偶，450°； c時(shí)整夜進(jìn)行退火處理，減少滯后現象。

氧化反應

氧化是影響校準的另一種現象。 由于氧化現象，Ni-Cr-AI合金(例如鎳鉻合金* )為500°； 在c以上的空氣環(huán)境中壽命有限。 某種特殊形式的氧化被稱(chēng)為“線(xiàn)朽鉻線(xiàn)”，意味著(zhù)在氧含量低的環(huán)境(例如空氣有限流通的護套)中發(fā)生選擇性的鉻氧化。 鎳鉻合金的抗氧化溫度高達約1250?C (2300?F )，不出現線(xiàn)朽鉻線(xiàn)。

一些新的稱(chēng)為“Nicrobell"(** )的護套材料含有鈮含量為1.5%或3.0%的鎳鉻合金。 Nicrobell"A "是為了抗氧化而特制的。 另一種稱(chēng)為Nicrosil +(*** )的護套材料含有0.15%的鎳鉻合金和鎂。 據報告(參照參考文獻4 )，該材料與被測試的Nicrobell材料相比，難以剝離，壽命有可能變長(cháng)。

鎳鉻合金對還原氣體(大部分燃燒過(guò)程和許多熱處理過(guò)程的產(chǎn)物)的耐性低。 使用鎳鉻合金作為護套材料的其他改造對象

諸如Nicrobell B、c和d之類(lèi)的法律可以處理典型的非氧化環(huán)境。

污染

影響校準穩定性的第三個(gè)因素是污染。 礦物絕緣、一體化設計、金屬護套熱電偶背后的理念是通過(guò)均勻壓縮填充熱電偶線(xiàn)和護套的超細礦物氧化物(通常為氧化鎂)絕緣層來(lái)密封內部空間，消除污染。 通過(guò)旋壓、軋制或拉伸壓縮的絕緣體的85%左右為固體材料。 這是很有用的，因為管材可以彎曲，也可以建立更小的組件。 但是水蒸氣和空氣等氣體可能會(huì )侵入。 構成熱電偶線(xiàn)和護套的設備也可能發(fā)生蒸汽擴散。 Bentley和Morgan判斷透過(guò)氧化鎂絕緣層的錳蒸氣相擴散對熱電偶校正的影響zui很大。

金屬疲勞

金屬疲勞是熱電偶壽命縮短的另一個(gè)原因。 護套與熱電偶線(xiàn)之間的溫度線(xiàn)膨脹系數的差異會(huì )在加熱或冷卻時(shí)產(chǎn)生變形。 這些應變終于被金屬疲勞zui破裂。 加熱到900?C時(shí)，鎳硅電子合金和304不銹鋼的熱膨脹差為長(cháng)度的0.4%。 鎳鉻與鎳硅(腳zui容易斷裂)相比，兩者的膨脹系數差僅為0.05%。 因此，在n型熱電偶的腳中，鎳鉻合金、Nicrosil+或Niobell制的護套比不銹鋼護套的耐金屬疲勞性好。

成分

不銹鋼護套熱電偶的成分變化通常高于鎳鉻合金( *** )護套熱電偶。 根據Anderson等人進(jìn)行的測試，KN腳中鉻元素增加

此外，鋁元素減少。 這些成分變化是引起熱電偶校準變化的主要原因。

大多數不銹鋼的錳含量為1%到2%。 304不銹鋼的錳含量約為2%。 其他不銹鋼的錳濃度在1%到10%之間。 Inconel的錳含量高達1%。 根據經(jīng)驗，1100?C時(shí)持續1000小時(shí)，護套材料中錳的1%會(huì )引起-10?C的校正偏差。 根據Bentley的測試，直徑為3 mm的n型不銹鋼護套在1000小時(shí)內漂移到-24?C。

濕度

鞘內的水蒸氣有多方面的影響。 被氧化鎂快速吸收，可以降低絕緣電阻.。 潮氣的侵入只需幾分鐘就能破壞MIMS熱電偶模塊。 簡(jiǎn)而言之，它會(huì )破壞鎳鉻合金表面的氧化保護涂層，加速熱電偶組件的破壞。 水蒸氣變化的結果非常嚴重，可以降低絕緣電阻，足以使受影響的熱電偶發(fā)生故障。 如果絕緣電阻降低，開(kāi)路后會(huì )產(chǎn)生誤解性的溫度讀取數，可能會(huì )提前發(fā)生故障，導致讀取錯誤。

在熱電偶的制造和維護過(guò)程中可以導入水蒸氣，也可以通過(guò)空運和建設現場(chǎng)長(cháng)期貯藏(如6個(gè)月)過(guò)程中產(chǎn)生的氣壓變化導入水蒸氣。

建議

上文沒(méi)有提及，這些熱電偶材料的直徑與高溫環(huán)境下的穩定性和長(cháng)壽命有一定的關(guān)系。 在高溫環(huán)境下，支撐電加熱器的磚的表面成為導體。 由此，電流通過(guò)熱電偶護套(也可通過(guò)測量?jì)x器)傳遞到地板。

圖1. 1200°； c真空環(huán)境下直徑3 mm不銹鋼護套及鎳鉻合金600護套k型與鎳鉻合金熱電偶漂移和鎳硅熱電偶漂移的比較。 漂移曲線(xiàn)的波谷是“定位不均勻性測試”的結果，測試樣品是從爐中取出的5 cm。

維持在圖1100°的c的n型熱電偶的insitu漂移。 曲線(xiàn)表示空氣中帶有外徑為3mm的310不銹鋼( SS )或鎳鉻合金( NCR )護套的礦物絕緣金屬護套熱電偶和1.6mm線(xiàn)材熱電偶。 后者的漂移范圍也明確了。

請勿在溫度高的工業(yè)環(huán)境或腐蝕性工業(yè)環(huán)境中使用zui細的金屬護套熱電偶(細至1 mm )。

在礦物絕緣、金屬護套的熱電偶中并用鎳鉻熱電偶(例如k型或n型)時(shí)，不銹鋼護套的效果比鎳鉻合金600或改良的鎳鉻合金差。 改進(jìn)的鎳鉻耐熱合金熱電偶可以達到1100°型為1200°； c至1250°； c )提供更強的抗氧化能力，減少熱膨脹差異引起的故障，提高延展性，消除不銹鋼和鎳鉻合金中錳的蒸汽擴散引起的漂移問(wèn)題。

考慮到新材料的供應現狀，用戶(hù)選擇低錳(0.3%以下)鎳鉻合金護套k型MIMS熱電偶，直到改進(jìn)的鎳鉻合金護套k型或n型及其相應的支持數據成熟。

( *) CHROMEL是Hoskins Manufacturing Co .的商標。

( **) NICROBELL是NICROBELL Pty. Ltd的商標。 NICROBELL鎧裝合金在包括美國在內的很多國家都享有權利。

( ***) NICROSIL +是Pyrotenax Australia Pty Ltd的商標。

( ****) NCONEL是International Nickel Co .的商標。

經(jīng)H.L. Daneman P.E許可轉載，電子:漢克dan@comcast.net

參考文獻

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