铼含量对钨铼热电偶电势值的影响

摘要:钨铼热电偶的偶丝在生产过程中会出现不同程度的铼损耗，导致电偶丝配对具有偶然性和不可预测性。通过对铼含量对电势值的影响进行分析和研究，得到其中的对应关系，提高了电偶丝配对成功率和精度。
       随着科学技术的不断发展，热电偶已成为温度测量领城中应用广泛的感温元件。自1931年Coodecke首次研制出钨铼热电偶以来，因其具有测温上限高、热电势值大、成本较低等优点，被广泛应用于钢铁冶金、航空航天、核工业等高温测温领域。为提高钨铼热电偶热电势稳定性和测温精度，国内外的研究学者做了大量的研究，也取得了一些成果。美国和俄罗斯对钨铼热电偶的研究较早，早在1979年美国正式颁布了钨铼热电偶技术条件ASTME696--79。
       从20世纪60年代开始，我国已有多家的科研单位和公司可以生产钨铼合金热电偶，在技术和工艺生产上在不断的改进。同时我国在钨铼热电.偶领域内也颁布了一系列的国家标准和行业标准，指导行业向更有序和优良的方向发展。
试验方法
1.1试验原料及钨铼丝制备.
       原料:高纯铼酸铵盹度≥99.99%)，钨粉盹度≥99.95%)。对成分进行设计，在经配料、垂熔、旋锻、拉丝、退火等工艺制备钨铼合金丝。
1.2热电势检测及数据处理
       标定炉采用ATL4500检定炉，使用Agilent34970A检测电势值;利用ICP检测方法检测化学成分。
热电势性能参照标准JJF1176--2007进行检测，检测900~1400℃范围内整温度值的电势值，检测方法主要采用同名极比较法进行检测。当同名极比较法所比对的两个热电极，其化学成分及物理性能不完全一致时，会产生微差热电势，该方法可以快速地测定出不同电极电势差值。将被检测的钨铼丝与标准电偶丝在一端使用氩弧焊点焊接，将试样置于有气氛保护的检定炉中，通过补偿导线接到检测设备中，得到热电势值。
2试验结果及分析
2.1标准丝不均匀电动势的测量
       检测用的标准丝为W-5Re合金丝，丝径0.5mm,ICP检测含铼量为4.96%，以标准丝做为基准电势。标准丝的不均匀电动势对实验的精度有重大的影响，因此在使用时，需要检定标准丝的不均匀热电动势，排除标准丝对被检测丝的影.响。取标准丝的头端和尾端组成热电偶回路，检测在900~1400℃不同温度下的不均匀电动势。如表1所示，标准丝的不均匀电动势<10μV，完全满足实验要求。

2.2铼含量对钨铼热电偶热电势的影响
       配置不同的铼含量的钨铼粉，并经相同的工艺，制备不同铼含量的W-5Re的单极偶丝(表2)。被测丝分别与标准丝组成热电偶回路，在温度900~1400℃条件下进行标定，测得相对于标准W-5Re丝的电势值，如表3所示。

       表3中的电势值表征了不同铼含量的钨铼丝接触电动势的大小。从实验数据中可以看出，在W-5Re的电偶丝中，铼含量的增加降低了电极丝的电势值，呈现负偏离，并且在数值上与铼含量呈现正相关。同时温度的升高也进一步降低了电势值。热电偶回路热电势简图如图1所示。

       热电偶回路热电势由接触电动势和温差电动势组成:E_AB(T,T₀)=e_AB(T)+e_B(T,T₀)-e_AB(T₀)-e_A(T,T₀)式中:e_AB(T)为热端接触电势;e_B(T,T₀)为B导体温差电势;e_AB(T₀)为冷端接触电势;e_A(T,T₀)为A导体温差电势;在总电势E_AB(T,T₀)中,温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为:E_AB(T,T₀)=e_AB(T)+e_B(T,T₀)-e_AB(T₀)。显然热电动势的大小与组成电偶的导体两材料和接点的温度有关，取决于接触电势。接触电动势的大小与接点处温度高低和导体的电子密度有关，温度越高，接触电动势越大;两导体的电子密度的比值越大，接触电动势越大。金属铼元素比钨有更高的自由电子密度，因此铼含量的增加导致钨铼丝中导体的自由电子密度增大，因此，自由电子密度的增大丝材向负电势偏离，铼含量的增加导致钨铼丝电势数值的增大。
       进一步对检测结果进行分析，拟合900、1200和1400℃温度下不同铼成份和电势值的关系曲线，如图2所示。经数据拟合后，不同含量的铼成份与电极电势值有较好的线性关系，这对以后的指导生产有重要作用

3结束语
       微调W-5Re电偶丝的铼含量，得到铼含量对钨铼电偶丝电势值的影响，并分析其影响机理。随着铼含量的增高，单极丝电势出现了负偏离，通过对不同铼含量的电势值的检测，拟合出不同温度条件下的铼成分和电势值的关系曲线。此项实验研究可以极大提高钨铼电偶丝配对的成功率和电势精度，同时可以满足客户对钨铼电偶丝定制化需求，促进钨铼电偶丝测温行业里的应用。