Как влияет температура окружающей среды на измерения термопары?
1) Селективное окисление
Что касается сплавов NiCr, содержащих Fe, то если парциальное давление кислорода ниже определенного значения, Cr с высоким сродством к O2 будет подвергаться селективному окислению, которое является уникальным зернограничным окислением сплавов NiCr. Если поверхностный оксидный слой наблюдать под микроскопом, можно увидеть зеленые выделения, которые обычно называют «зеленым травлением». Особенно когда температура колеблется от 800 ℃ до 1050 ℃ и система содержит восстановительные газы, такие как CO и H2, положительный электрод термопары типа K более склонен к селективному окислению. Низкий термоэлектрический потенциал, вызванный уменьшением содержания Cr, стал ограничивающим фактором для длительного использования термопар К-типа в термообработке. Если используемый газ очень чистый и в системе нет кислорода, это может продлить срок службы термопары. Однако даже если на поверхности проволоки термопары имеется оксидный слой, все равно может быть обеспечено достаточное количество кислорода для селективного окисления Cr. Поэтому при использовании в неокисляющей атмосфере следует использовать чистую и отполированную проволоку. В то же время следует принять меры по предотвращению использования инертных газов со следовыми количествами кислорода или воздуха с низким парциальным давлением кислорода. Когда отношение длины к диаметру трубки обслуживания большое (т. е. трубка обслуживания очень тонкая), из-за плохой циркуляции воздуха она переходит в анаэробное состояние, а оставшееся небольшое количество кислорода все еще может создавать условия для селективного окисления Кр.
2) Стратегии селективного окисления
Чтобы избежать или замедлить износ термопар типа К, вызванный селективным окислением, помимо улучшения материала, в конструкции термопар следует также принять соответствующие меры:
① В качестве ингалятора выберите металл с более сильным сродством к кислороду, чем у Cr, запечатайте его внутри трубки для обслуживания, чтобы избежать избирательного окисления Cr, и увеличьте содержание кислорода, увеличив диаметр трубки для обслуживания или продувая воздух.
② Затвердевание готовых термопар. Специализированное изделие, разработанное автором, - термопара для печи цементации твердого типа - представляет собой сборную термопару с герметичной конструкцией, способной предотвратить селективное окисление Cr. Этот план доказал свою эффективность за годы использования более чем десятью предприятиями, включая Wa Jin Group, FAW, 2W, Epson Industrial Furnace, Shenzhong, Shenchi и Qianjiang Motorcycle. Срок службы составляет более 12 месяцев, и пользователи очень довольны [4]. 3) Использование атмосферы влияет на стабильность термопар. Из-за различных рабочих температур и атмосфер самая высокая рабочая температура одного и того же датчика, например термопар типа K, также варьируется в зависимости от диаметра. Термопары типа К одинакового диаметра также имеют существенные различия в стабильности из-за разной конструкции.
При выборе термопары необходимо учитывать следующие моменты исходя из условий эксплуатации:
① Общая температура и максимальная рабочая температура.
② Атмосфера для таких применений, как восстановление окисления.
③ Что касается антивибрационных характеристик собранных термопар, влияние атмосферы в первую очередь зависит от материала трубки обслуживания и конструкции термопары. Поэтому необходимо знакомиться и контролировать физические и химические свойства различных материалов ремонтных трубок. Например, в порошковой металлургии молибденовые трубки обычно используются в качестве трубок для обслуживания термопар. Эффект от нанесения хороший в атмосфере H2 при температуре 1600 ℃. Однако молибденовые трубки быстро корродируют из-за окисления в окислительной атмосфере. Во-вторых, подходящие термопары следует выбирать в зависимости от атмосферы применения. Платиново-родиевые термопары следует выбирать в окислительных атмосферах выше 1300 ℃, а вольфрам-рениевые термопары следует использовать в восстановительных и вакуумных условиях. Что касается термопар типа К, то они подходят для работы в таких атмосферах, как воздух и O2. Однако при использовании в Н2 их внешний вид восстанавливается Н2 и не оказывает никакого эффекта за короткий промежуток времени. При длительном воздействии H2 это ускорит восстановление и приведет к росту и поломке провода термопары; В восстановительных атмосферах, таких как CO или газ, его деградация значительно ускорится и превысит стандарт. Что касается бронированных термопар, то атомный радиус водорода очень мал, что позволяет легко проникнуть в его внутреннюю часть через оболочку, что также ускорит деградацию и вызовет значительное снижение термоэлектрического потенциала.
4) Влияние сопротивления изоляции
В термопарах используются изоляционные материалы, и при высоких температурах сопротивление их изоляции резко снижается с увеличением температуры, что приводит к току утечки. Этот ток протекает через изоляционный материал, сопротивление изоляции которого ранее упало, и попадает в прибор, вызывая нестабильные показания прибора или ошибки измерений. Это также может привести к случайному постукиванию записывающего инструмента.
