铠装贵金属热电偶存在的问题及解决方法

自1955年荷兰研制出第一支铠装热电偶以来，世界各国在实体型温度传感器的研发方面取得了飞跃的发展。铠装热电偶被广泛地应用在科研、生产、开发的各个技术领域。
　　铠装热电偶是一种先进的温度传感器。它可分成两大类:一类是铠装贵金属热电偶，另一类是铠装廉金属热电偶。是基于塞贝克工作原理，来实现温度测量，是由热电极、套装氧化镁易碎绝缘子及金属保护管经复合拉伸后制成。其性能具有精度高、响应速度快、热性能好、体积小、不怕弯曲、结构坚实、机械性能高、抗震、耐高压冲击、耐介质化学腐蚀性能好等特点。在生产和科研中，选用显示调节仪表和铠装热电偶相连接可实现准确连续测温，为生产和科研提供了方便条件。
　　目前，铠装贵金属热电偶由于工艺比较复杂，价格也比较昂贵。所以，有些生产厂家制造了一些不规范的铠装贵金属热电偶产品。它不仅测温精度低，而且使用寿命短，可靠性差,从而严重地影响了工业生产的正常运行。另外，由于铠装廉热电偶本身材料具有的特性也给准确测温带来了影响。目前市场销售的铠装热电偶按选择材料的不同主要有以下4种结构形式，存在6个方面的问题。
1第一种结构形式
　　由贵金属热电极、高纯氧化镁绝缘材料及贵金属外套管经复合拉伸后制成，如图1所示。
 
　　存在的问题:由于这种铠装贵金属热电偶的外铠、热电极这些材料的延伸率不同，在生产中，经复合拉伸，热电极、绝缘物及外套管之间相互摩擦，从而产生内、外应力，造成热电极机械划伤、几何尺寸各异，热电极晶粒组织发生变化，内能集聚，引起微观热电性能发生变化。制成热电偶后，会产生热电极、断裂而影响热电偶测量的精度。
　　解决问题的方法:在进行该种热电偶的设计和研制时，要特别注意这3种材料的物理匹配性问题，即变形抗力、延伸率、道次加工率。由于热电极和外铠材料均为贵金属，因此，对于这种热电偶不存在化学不相容的问题。.
2第二种结构形式
　　由贵金属热电极、氧化镁绝缘材料及廉金属外套管经复合拉伸后制成。这种铠装热电偶保持了上述类型铠装贵金属热电偶的许多特点。
　　存在的问题:由于材料之间的化学不相容性,存在着严重的贵金属热电极污染问题。在高温下，由于廉金属外套管材料分子的扩散，造成贵金属热电极污染，热电极的化学成分发生变化，进而改变了热电偶的热电动势值，造成严重误差，经过测试可不同程度地带来4℃~14℃误差，影响了铠装热电偶的使用寿命和测量精度。
　　解决材料之间化学不相容性的方法有:①在热电极的测量端包覆铂箔。②热电极的测量端使用导热绝缘胶,隔离封装，以便防止测量端遭受污染。为了避免热电偶材料之间由于物理匹配性所造成的误差，应科学地考虑材料的力学性能(即延伸率和抗拉强度)等问题。
3第三种结构形式
　　由贵金属热电极、双孔高铝管及廉金属外套管装配而成。
　　存在的问题:①没有经过任何铠装热电偶生产的工艺程序。②廉金属外套管还会造成贵金属热电极严重污染。所以，存在的问题比较多，不具备铠装贵金属热电偶的特点及性能。另外，在装配时，热电极的插人深度还存在着不确定性，会造成很大的误差。生产的热电偶经测试会带来3℃~6℃的误差。因此，不能真实地反映被测介质的温度。实际上这是一种装配式工业热电偶。
另外，铠装贵金属热电偶在生产中还应该注意下面两个问题:
(1)铠装贵金属热电偶在火焰型气体环境下使用时，会发生催化效应，对测温精度有影响。因为过渡族元素如铂、铑等具有化学催化作用。在温度测量过程中，由于化学反应热的叠加，会出现比工况环境实际温度偏高的现象。
解决问题的方法:为保证其测温精度，应在外铠测温端涂敷耐腐蚀、耐高温导热涂料。
(2)在铠装热电偶中的氧化镁绝缘材料由于吸湿性很强，若无严格的干燥程序，潮气被封人铠材内，就会发生输出热电动势严重漂移，常温、高温绝缘性能下降，测量精度降低等问题。
　　解决问题的方法:铠装热电偶在绝缘封装工艺过程中，测量端要留排气孔，然后用喷灯反复烘烤、加.热，使潮气从排气孔排出，同时用兆欧表反复测量绝缘电阻，当绝缘电阻达到技术标准要求时，用点焊将排气孔迅速封死。
4第四种结构形式
　　由廉金属热电极、氧化镁绝缘材料及廉金属外套管经复合拉伸后制成。
这种铠装热电偶存在3方面的问题:
(1)在高温下的空气中长期加热，热电极材料在遭受氧化或中子辐、照时元素发生嬗变,热电动势发生逐渐地累积性漂移。
(2)在25C~225℃的温度范围内，由于材料本身存在着居里点高、磁性转变等特点，受热会出现与时间无关的热电动势紊乱现象。
(3)在250℃~550℃的温度范围内，受热会使热电动势发生短期的可逆性变化。
　　解决问题的方法:铠装热电偶要避免在有外磁场干扰的环境中使用。可选用热电稳定性能优异的N型热电偶进行低、中、高三个温度区域的温度测量。
　　鉴于市场上销售铠装贵金属热电偶产品存在的问题比较多，生产厂家制造铠装贵金属热电偶时，应注意热电极、绝缘材料、外套管之间的物理匹配性和化学相容性的问题。并且，进行适当的热处理，合理的热电偶机构、正确的安装和适时校准等,这样才能保证生产出质量高、稳定性好的铠装贵金属热电偶。
　　对于用户，应提高鉴别铠装贵金属热电偶产品的能力，选择质量高、稳定性好的铠装贵、廉金属热电偶，以便更好地保证工业企业环境的温度测量，减少国家和企业的经济损失。