铂铑热电偶测温的影响

　随着工业技术的发展，测温测量仪器和测量系统性能的不断提升，对测温精度的要求也越来越高。热电偶在测温时可直接把温度量转换成热电势，特别适用于温度的自动调节和自动控制，已被广泛应用于-200~2300℃的介质温度。在大范围温度测量中，热电偶因其体积小、灵敏度高、输出信号稳定，已被广泛应用于电厂、生产企业、科研院所等部门行业。
1热电偶的种类及特点
　　热电偶根据不同使用方式,可分为普通热电偶、铠装热电偶、装配式热电偶等类型:按其材料组成，热电偶又可以分为廉金属热电偶和贵金属热电偶。
贵金属热电偶
　　贵金属热电偶与廉金属热电偶相比具有测温精度高，稳定性好、测温温区宽、使用寿命长等诸多优点。因其物理、化学性能良好，高温下抗氧化性强及热电势稳定性好，多用于一些精密测温的领域，一些特殊的贵金属热电偶也用作温度传递的标准。铂铑合金具有诸多优点，如:熔点高、催化活性好、热电性能稳定、高温持久强度高、抗腐蚀性好和高温抗氧化性强等，铂和铂铑合金因此成为贵金属热电偶的组成材料是铂和铂铑合金，表1列出了常见铂铑热电偶丝的一些物理性能。
 
　　在目前国际电委会颁布的贵金属热电偶型号中，工业上最常用的有S型、R型及B型3种贵金属热电偶。S型热电偶正极(SP)为Pt-10Rh，负极(SN)为纯铂:R型热电偶正极(P)为Pt-13Rh,负极(RN)为纯铂。由于其负极均为纯铂，故S型和R型热电偶也被称为单铂铑热电偶。B型热电偶正极(BP)为Pt-30Rh,负极(BN)为Pt-6Rh,被称为双铂铑热电偶。
　　不同型号的贵金属热电偶使用环境温度不同。S型和R型热电偶长期高使用温度为1300℃,短期高使用温度为1600℃.而B型热电偶长期使用温度为1600℃，短期最高温度为1800℃。S型和R型热电偶具有精度高，稳定性最好，测温范围宽，热响应速度快，使用寿命长等优点。铂铑热电偶的物理化学性能良好，热电势稳定性及高温下抗氧化性良好，特别是S型热电偶具有优良的综合性能。B型热电偶除了拥有单铂铑热电偶的优点,它还可以短时间在真空中使用，B型热电偶在0~50℃范围内，它的热电势波动小于3μV,所以使用时需要补偿导线进行热电势补偿。因其热电偶的组成两极都是铂铑合金，铂铑合金抗污染能力大于纯铂，所以双铂铑热电偶比单铂铑热电偶抗污染能力强。
　铂与铂铑合金最重要的物理性质之一是它们在高温时具有稳定的热电势，这一特性是实现测温重复性及稳定性良好的先决条件。在贵金属热电偶的制作与使用过程中有许多影响热电偶测温精度的影响因素，如原材料纯度、加工过程中的杂质污染，熔铸工艺过程热平衡的保持，热电偶使用前是否充分退火，加工应力的消除，以及热电偶的使用环境、条件等，都会对热电偶的热电性能有很大影响。仔细研究这些影响因素，有助于节约生产成本和使用成本，提高热电偶的测温精度。
2热电偶的热电势及其影响因素
2.1热电偶的热电势
　　热电偶的测温原理是两种不同金属丝A和B相连接，且两连接点处在不同温度T1和T2时，在电路中就出现因温差引起的热电势E(AB),并可通过连接点在C点的万用表上测量热电势,在C点引入第三种金属(如铜导线)，不会改变热电势，这就是赛贝克温差效应。构成的回路中将产生温差电势和接触电势。温差电势指同一导体两端因温度不同而产生的电势，不同的导体具有不同的电子密度，所以它们产生的电势也不同:接触电势指两种不同导体接触时，由于两种导体组成材料不同，它们的电子密度不同，产生一定的电子扩散，当它们达到一定平衡后所形成的电势。接触电势的大小取决于两种导体的材料性质及它们的接触点温度.
2.2杂质对热电偶热电动势的影响
　　铂铑热电偶丝电极材料容易受杂质污染，原材料纯度要求不达标都会影响热电偶的热电动势，进而体现为测温正确性不好。要提高测温精度首先要保证原材料的纯度，用于制作热电偶的原材料必须使用符合相关标准要求的材料。该标准规定:用于制作标准极热电偶的铂丝满足R100/R0≥13922;用于制作I级、II级工业热电偶的铂丝，需满足R100/R0≥13920。
除了要保证原材料的纯度外，热电偶的制作过程中也要避免杂质的混入,尤其是硅(Si)、铁(Fe)、镁(Mg)等低熔点杂质对贵金属的污染。如果制备过程中混入杂质，污染偶丝，整炉热电偶的热电动势都会受到严重影响，整体数据不达标就必须，报废，增加损耗。杂质污染对纯铂的影响比铂铑要大的多，
　铂负极对杂质污染及其敏感。当铂负极混入少.量杂质后，热电势升高，偶丝配对热电势降低，数据不满足标准要求概率增大，成品合格率降低。要保证热电偶热电动势满足要求，一方面要保证原材料的纯度和配比要求，严格执行标准要求:另一方面要尽量避免制作过程中混入杂质元素，污染偶丝。在制作热电偶的过程中如何降低杂质的影响至关重要。经过大量的工艺验证发现，在铂丝的制作过程中，将铂条用氢氧气高温均匀退火，可以将铂条表面附着的低熔点杂质及气泡有效去除。为了避免退火过程中引入二次污染，用于退火的氢氧气焊枪外边缘需要包裹一层铂金，退火的操作台也要保证绝对干净。这样不仅可以去除大部分杂质，还能减少铂丝后期拉丝过程中因气泡引起的断丝现象。
　贵金属热电偶丝制作过程中，合金熔铸工艺是热电偶丝制作过程中最关键的-一个步骤，对热电偶丝热电势的不均匀性有着直接的影响。一方面可以通过控制浇铸过程的热平衡控制热电偶的不均匀热电动势，另一方面可以通过增加合金的重熔次数降低热电偶不均匀热电动势。目前铂铑合金熔铸一般采用中频感应熔炼浇铸法，将搅拌均匀的铂铑合金连续固溶体快速浇铸于水冷铜模中叨，可以有效防止合金成分的偏析，从而达到降低热电偶不均匀热电势的目的，退火不充分时，单铂铑回路中总热电势是降低的，也即S型、R型热电偶使用前退火不充分热电势偏低。因为退火越不充分，铂的热电势越高，铂铑热电势越低。所以回路中总的热电势降低。
　　在一个批次的热电偶在退火充分的情况下，其热电势的后期变化很小。如果出现同一批次测温差异很大的现象，首先应要考虑热电偶使用之前是否经过充分退火。退火过程要严格执行规程规定的退火条件。退火温度过低无法消除加工过程产生的内;应力:退火温度过高，丝材晶粒长大，强度降低，后续生产使用过程中容易断丝。