专用K型铠装热电偶制作工艺的研究

发布时间:2021-03-25     浏览次数:
摘要:介绍了专用K型铠装热电偶材料制作工艺的研究,经采用--种新型高温合金和性能高偶丝试制出某专用铠装热电偶电缆。大量的试验表明,这种铠装热电偶电缆能够满足特定情况下温度的测量要求。
1引言
  制作某特定情况下温度测量的传感器,不仅要求热电偶具有较高的精度和稳定性,而且由于测量电路的特殊性,对热电偶回路电阻也提出了严格的要求。英国、法国等国在此特定环境中均采用专用铠装热电偶产品。为解决国产新型温度测量的传感器问题,我们采用新型高温合金和性能高偶丝,试制了某特定情况下温度测量的专用铠装热电偶电缆。大量的试验表明这种铠装热电偶电缆能够满足测量要求。
2选材和铠装热电偶材料制备方法
2.1外套管材料
  由于传感器长期处于高温燃气环境,同时系统对传感器响应时间、结构尺寸有--定限制,常用GH3030和GH3039等高温合金制成的铠装热电偶在高温燃气环境中效果不理想。因此,我们选用了一种新型高温合金材料用于铠装热电偶的外套管。新合金是一种以钨、钼固溶强化,并用硼、铈、锆强化晶界的镍基高温合金。具有强度高、抗高温氧化和耐持久蠕变的优点,同时该合金具有优良加工塑性和焊接等性能,适用于制造在950℃下长期工作的航空发动机燃烧室火焰筒、加力燃烧室壳体、调节片及其它高温零部件。合金的化学成分表1。

2.2热电偶丝
  K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶。测温范围为-200~1300℃,它具有测量温度高,灵敏度较高,线性度好,抗氧化能力强,稳定性和均匀性好的优点。为进一步改善铠装热电偶材料的高温稳定性,我们选用掺稀土的性能高K型热电偶丝。偶丝合金成分表2。

2.3绝缘材料
  合理控制绝缘材料的化学成分,防止绝缘材料中的有害杂质与偶丝发生化学反应是提高铠装热电偶材料高温稳定性的重要环节。将绝缘粉末制成半烧结状态瓷柱,瓷柱的尺寸对铠装热电偶材料在拉拔过程中壁厚及偶丝的变化量也有-定的影响,必须严格控制。
2.4结构尺寸设计
  除了外套管和偶丝的原始尺寸对成品尺寸构成影响以外,在制造工艺过程中,绝缘瓷拄的尺寸及烧结温度、拉拔的配模.道次及热处理制度均会影响成品的尺寸。根据工艺过程中尺寸参数的变化规律,进行试验和计算,并根据用户提出的铠装热电偶的技术要求,结合我们长期的铠装加工工艺经验,从而确定工艺参数。产品结构示意图见图1。

2.5铠装工艺
  铠装热电偶材料的铠装加工是将偶丝、绝缘材料及外套管组合在一起,采用拉拔变形至成品尺寸的一系列工艺过程。铠装加工工艺流程如图2。
铠装热电偶材料加工工艺流程图示
2.5.1拉拔工艺
  为严格控制尺寸要求,在常规拉拔工艺基础上,设计了新的拉拔配模工艺。拉制的铠装电缆芯线电阻的均匀性大幅提高,并提高了成品率及产品质量。
2.5.2热处理工艺
  采用先进的保护气氛连续热处理,确保均匀充分。为保证电缆的加工,采用较高的中间热处理温度,选用较低的成品热处理温度,防止热处理工艺对性能影响以及芯线晶粒长大,确保力学性能。
3结果与讨论
3.1尺寸检验
  外径为φ2.5mm的铠装热电偶材料尺寸检验数据见表3,芯线、壁厚头尾均匀,均满足指标要求。

3.2热电势分度试验[)]
  铠装电缆分度试验数据见表4所示。

3.3绝缘电阻试验
  航空专用铠装热电偶材料绝缘电阻采用ZC-7兆
  欧表进行检测,测量电压为500V,其室温绝缘电阻高温绝缘电阻见表5、6。其结果均满足JB/T8205-1999标准要求。
铠装热电偶高温绝缘电阻图示
3.4每米电阻试验
  将4支样品一端正负极短接,测量正负极回路每米电阻值,结果均为合格。测量结果见表7。

3.5可挠度试验
  根据JIB/T8205-1999规定的试验方法对4支φ
2.5铠装热电偶材料样品进行5倍外径可饶度试验,表面质量、电连续性、绝缘电阻性能完好,满足要求。.
3.6外管完整性试验
  将4支φ2.5铠装热电偶材料两端密封后水浸,60min后绝缘电阻≥1000MΩ.m,满足JB/T8205-1999要求。
3.7长期稳定性试验
  将4支φ2.5mm铠装热电偶材料样品参考AST-ME601-1997<《在空气中比较单极廉金属热电偶材料热电势稳定性的标准试验方法》进行850℃,1000h稳定性试验,试验结果见图3。在1000h稳定性试验中,热电势变化满足±5℃的要求。

4结论
  通过研究,我们可以得出以下结论:
(1)研制的专用铠装热电偶测量精度高,-致性好,其允差可以控制在0.375%绝对值以内;回路电阻的变化可以控制在士5%以内。且生产工艺具有较好的重复性。
(2)由于采用新型高温合金作为外套管,铠装热电偶的高温稳定性大大提高,在850℃,1000h稳定性试验中,热电势变化不超过士5℃。
(3)研究表明,该专用铠装热电偶可以满足特定情况下温度的测量要求。
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