鉑銠熱電偶測溫的影響

　隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，測溫測量儀器和測量系統(tǒng)性能的不斷提升，對測溫精度的要求也越來越高。熱電偶在測溫時可直接把溫度量轉(zhuǎn)換成熱電勢，特別適用于溫度的自動調(diào)節(jié)和自動控制，已被廣泛應(yīng)用于-200~2300℃的介質(zhì)溫度。在大范圍溫度測量中，熱電偶因其體積小、靈敏度高、輸出信號穩(wěn)定，已被廣泛應(yīng)用于電廠、生產(chǎn)企業(yè)、科研院所等部門行業(yè)。
1熱電偶的種類及特點(diǎn)
　　熱電偶根據(jù)不同使用方式,可分為普通熱電偶、鎧裝熱電偶、裝配式熱電偶等類型:按其材料組成，熱電偶又可以分為廉金屬熱電偶和貴金屬熱電偶。
貴金屬熱電偶
　　貴金屬熱電偶與廉金屬熱電偶相比具有測溫精度高，穩(wěn)定性好、測溫溫區(qū)寬、使用壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)。因其物理、化學(xué)性能良好，高溫下抗氧化性強(qiáng)及熱電勢穩(wěn)定性好，多用于一些精密測溫的領(lǐng)域，一些特殊的貴金屬熱電偶也用作溫度傳遞的標(biāo)準(zhǔn)。鉑銠合金具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如:熔點(diǎn)高、催化活性好、熱電性能穩(wěn)定、高溫持久強(qiáng)度高、抗腐蝕性好和高溫抗氧化性強(qiáng)等，鉑和鉑銠合金因此成為貴金屬熱電偶的組成材料是鉑和鉑銠合金，表1列出了常見鉑銠熱電偶絲的一些物理性能。
 
　　在目前國際電委會頒布的貴金屬熱電偶型號中，工業(yè)上最常用的有S型、R型及B型3種貴金屬熱電偶。S型熱電偶正極(SP)為Pt-10Rh，負(fù)極(SN)為純鉑:R型熱電偶正極(P)為Pt-13Rh,負(fù)極(RN)為純鉑。由于其負(fù)極均為純鉑，故S型和R型熱電偶也被稱為單鉑銠熱電偶。B型熱電偶正極(BP)為Pt-30Rh,負(fù)極(BN)為Pt-6Rh,被稱為雙鉑銠熱電偶。
　　不同型號的貴金屬熱電偶使用環(huán)境溫度不同。S型和R型熱電偶長期高使用溫度為1300℃,短期高使用溫度為1600℃.而B型熱電偶長期使用溫度為1600℃，短期最高溫度為1800℃。S型和R型熱電偶具有精度高，穩(wěn)定性最好，測溫范圍寬，熱響應(yīng)速度快，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。鉑銠熱電偶的物理化學(xué)性能良好，熱電勢穩(wěn)定性及高溫下抗氧化性良好，特別是S型熱電偶具有優(yōu)良的綜合性能。B型熱電偶除了擁有單鉑銠熱電偶的優(yōu)點(diǎn),它還可以短時間在真空中使用，B型熱電偶在0~50℃范圍內(nèi)，它的熱電勢波動小于3μV,所以使用時需要補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行熱電勢補(bǔ)償。因其熱電偶的組成兩極都是鉑銠合金，鉑銠合金抗污染能力大于純鉑，所以雙鉑銠熱電偶比單鉑銠熱電偶抗污染能力強(qiáng)。
　鉑與鉑銠合金最重要的物理性質(zhì)之一是它們在高溫時具有穩(wěn)定的熱電勢，這一特性是實(shí)現(xiàn)測溫重復(fù)性及穩(wěn)定性良好的先決條件。在貴金屬熱電偶的制作與使用過程中有許多影響熱電偶測溫精度的影響因素，如原材料純度、加工過程中的雜質(zhì)污染，熔鑄工藝過程熱平衡的保持，熱電偶使用前是否充分退火，加工應(yīng)力的消除，以及熱電偶的使用環(huán)境、條件等，都會對熱電偶的熱電性能有很大影響。仔細(xì)研究這些影響因素，有助于節(jié)約生產(chǎn)成本和使用成本，提高熱電偶的測溫精度。
2熱電偶的熱電勢及其影響因素
2.1熱電偶的熱電勢
　　熱電偶的測溫原理是兩種不同金屬絲A和B相連接，且兩連接點(diǎn)處在不同溫度T1和T2時，在電路中就出現(xiàn)因溫差引起的熱電勢E(AB),并可通過連接點(diǎn)在C點(diǎn)的萬用表上測量熱電勢,在C點(diǎn)引入第三種金屬(如銅導(dǎo)線)，不會改變熱電勢，這就是賽貝克溫差效應(yīng)。構(gòu)成的回路中將產(chǎn)生溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢指同一導(dǎo)體兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以它們產(chǎn)生的電勢也不同:接觸電勢指兩種不同導(dǎo)體接觸時，由于兩種導(dǎo)體組成材料不同，它們的電子密度不同，產(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散，當(dāng)它們達(dá)到一定平衡后所形成的電勢。接觸電勢的大小取決于兩種導(dǎo)體的材料性質(zhì)及它們的接觸點(diǎn)溫度.
2.2雜質(zhì)對熱電偶熱電動勢的影響
　　鉑銠熱電偶絲電極材料容易受雜質(zhì)污染，原材料純度要求不達(dá)標(biāo)都會影響熱電偶的熱電動勢，進(jìn)而體現(xiàn)為測溫正確性不好。要提高測溫精度首先要保證原材料的純度，用于制作熱電偶的原材料必須使用符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的材料。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:用于制作標(biāo)準(zhǔn)極熱電偶的鉑絲滿足R100/R0≥13922;用于制作I級、II級工業(yè)熱電偶的鉑絲，需滿足R100/R0≥13920。
除了要保證原材料的純度外，熱電偶的制作過程中也要避免雜質(zhì)的混入,尤其是硅(Si)、鐵(Fe)、鎂(Mg)等低熔點(diǎn)雜質(zhì)對貴金屬的污染。如果制備過程中混入雜質(zhì)，污染偶絲，整爐熱電偶的熱電動勢都會受到嚴(yán)重影響，整體數(shù)據(jù)不達(dá)標(biāo)就必須，報廢，增加損耗。雜質(zhì)污染對純鉑的影響比鉑銠要大的多，
　鉑負(fù)極對雜質(zhì)污染及其敏感。當(dāng)鉑負(fù)極混入少.量雜質(zhì)后，熱電勢升高，偶絲配對熱電勢降低，數(shù)據(jù)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求概率增大，成品合格率降低。要保證熱電偶熱電動勢滿足要求，一方面要保證原材料的純度和配比要求，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求:另一方面要盡量避免制作過程中混入雜質(zhì)元素，污染偶絲。在制作熱電偶的過程中如何降低雜質(zhì)的影響至關(guān)重要。經(jīng)過大量的工藝驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在鉑絲的制作過程中，將鉑條用氫氧氣高溫均勻退火，可以將鉑條表面附著的低熔點(diǎn)雜質(zhì)及氣泡有效去除。為了避免退火過程中引入二次污染，用于退火的氫氧氣焊槍外邊緣需要包裹一層鉑金，退火的操作臺也要保證絕對干凈。這樣不僅可以去除大部分雜質(zhì)，還能減少鉑絲后期拉絲過程中因氣泡引起的斷絲現(xiàn)象。
　貴金屬熱電偶絲制作過程中，合金熔鑄工藝是熱電偶絲制作過程中最關(guān)鍵的-一個步驟，對熱電偶絲熱電勢的不均勻性有著直接的影響。一方面可以通過控制澆鑄過程的熱平衡控制熱電偶的不均勻熱電動勢，另一方面可以通過增加合金的重熔次數(shù)降低熱電偶不均勻熱電動勢。目前鉑銠合金熔鑄一般采用中頻感應(yīng)熔煉澆鑄法，將攪拌均勻的鉑銠合金連續(xù)固溶體快速澆鑄于水冷銅模中叨，可以有效防止合金成分的偏析，從而達(dá)到降低熱電偶不均勻熱電勢的目的，退火不充分時，單鉑銠回路中總熱電勢是降低的，也即S型、R型熱電偶使用前退火不充分熱電勢偏低。因?yàn)橥嘶鹪讲怀浞?，鉑的熱電勢越高，鉑銠熱電勢越低。所以回路中總的熱電勢降低。
　　在一個批次的熱電偶在退火充分的情況下，其熱電勢的后期變化很小。如果出現(xiàn)同一批次測溫差異很大的現(xiàn)象，首先應(yīng)要考慮熱電偶使用之前是否經(jīng)過充分退火。退火過程要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程規(guī)定的退火條件。退火溫度過低無法消除加工過程產(chǎn)生的內(nèi);應(yīng)力:退火溫度過高，絲材晶粒長大，強(qiáng)度降低，后續(xù)生產(chǎn)使用過程中容易斷絲。