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K型热电偶稳定性不一致原因分析
点击次数:660 发布时间:2015-08-12

K型热电偶作为温度测量和控制的一次元件被大量应用于工业生产中,由于稳定性不均,有的寿命长,有的寿命短,必然会给用户造成诸多不便,甚至危及正常生产活动。然
而,在实际生产中,生产企业往往重视K型热电偶的测量准确度,而忽视对其稳定性的考核和追求。
本文在对K型热电偶进行稳定性试验的基础上,从化学成分和金相分析两方面对稳定性不一致的原因进行了分析。
1.K型热电偶稳定性试验方法
1.1试验样品选取
试验样品取自某生产企业的2.5mm规格的合格产品,为随机抽取,共16支。从被抽到的卷丝头尾各截取2m长一段,然后再各取1.lm长样品按自由配对方式焊接成热电偶,余下部分供分析使用。
1.2试验条件
环境温度:18℃~22℃,相对湿度:40%RH~50%RH;标准器:二等标准铂铑10-铂热电偶;电测设备:6位半数字多用表。
1.3试验过程
每4支被试验热电偶和1支二等标准铂铑10-铂热电偶捆扎成一组,共4组,使用两台检定炉,每台检定炉的两端各放置1组,测量端置于zui高温区,实验连续进行。
1.4热电势的测量
在400℃点,炉温稳定后,进行一次测量,并判断被试验热电偶是否合格。在1200℃点,炉温稳定后,进行测量,并开始计时,以后每隔24h进行一次测量,直至500h停止试验。在试验过程中,当发现某支热电偶的热电势漂移量为±329μV(约9℃)时,记为该支热电偶的寿命,并判报废。
2.稳定性试验结果
①开始时,400℃和1200℃的热电势测量值均合格。
②稳定性和热电偶的测量准确度无关,误差值小的,稳定性未必一定好,而误差值大的,稳定性未必一定差。
③存在稳定性不一致现象,就寿命而言,zui低的才140h,有5支至500h时尚末超差;就热电势漂移量而言,zui低的为5lμV,相当稳定;而zui高的达817μV,绝大多数漂移是正值。
3.稳定性试验结果分析
3.1成分分析
K型热电偶的热电势值及其稳定性主要取决于产品的化学成分,只要成分合格而又均一,那么测量准确度和稳定性就应该基本一致。所以我们首先对原始的样品进行成分分析,结果表明,被试验的每支热电偶的主要元素和微量添加元素的含量都基本相同。
3.2金相分析
①原始的偶丝,用肉眼和金相显微镜观察,无论正极还是负极、稳定性好的和差的,均未见有任何异常情况,偶丝比较均匀,非金属夹杂物少。
②经1200℃、500h试验后的偶丝,肉眼观察,正极表面附着一层薄而密的黑绿色氧化皮,丝的韧性如初,不易折断,说明正极氧化不严重。负极却不然,表面附着一层厚而疏松发脆的黑色发亮氧化皮,有的偶丝负极还可看到裂纹,尤其是稳定性特别差的,偶丝已基本失去韧性,极易折断。这一切表明,负极氧化相当严重,似乎已经变质。对热电偶的正极进行金相分析后,发现即使稳定性悬殊偶的正极,其氧化程度也相似。但负极的氧化程度不同,且差别很大,负极氧化皮的主要成分是NiO和SiO2,首先被氧化的是Si,金属的氧化过程是原子的扩散过程,Si原子容易扩散,先形成硅的氧化物,必然使基体受到挤压而产生微裂纹,裂纹可加速氧化过程,因此负极的氧化较正极严重的多,成为K型热电偶稳定性的薄弱环节。
①K型热电偶的稳定性与初始测量准确度无关。
②K型热电偶的正极合金氧化情况相似,且抗氧化能力远好于负极,负极是K型热电偶稳定性的薄弱环节。
③K型热电偶稳定性不一致的原因主要是负极抗氧化能力不同所致,负极抗氧化性取决于氧含量,氧含量低的,抗氧化性好;氧含量高的,抗氧化性就差,热电偶的稳定性亦差。

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