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影響K型熱電偶的老化和漂移的因素

來源:上海自動(dòng)化儀表有限公司   2019年12月20日 16:36  

影響K型熱電偶的老化和漂移的因素

     在連接高溫下,K型熱電偶變得不太準(zhǔn)確。老化是一種導(dǎo)致溫度讀數(shù)高于準(zhǔn)確度的現(xiàn)象,而漂移導(dǎo)致讀數(shù)低于準(zhǔn)確度。雖然所有K型熱電偶都經(jīng)歷老化和漂移,但*實(shí)踐可以將風(fēng)險(xiǎn)降至*低并延長熱電偶壽命。
      上海儀表三廠的熱電偶可靠,耐用且廉價(jià)的K型熱電偶通常用于許多行業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)礦物絕緣(MI)K型熱電偶有三種金屬,所有這些金屬都會影響其老化和漂移。

      在這種熱電偶的類型,正導(dǎo)體由鎳鉻的?(鎳和鉻合金)和負(fù)導(dǎo)體由鎳鋁合金的?(鎳,錳,硅和鋁的合金)。所涉及的第三種金屬是保護(hù)套,其通常由不銹鋼或類似合金,鎳合金或鈍化鎳合金制成。
      當(dāng)談?wù)摕犭娕驾敵鲭S溫度和運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)隨時(shí)間變得不那么準(zhǔn)確時(shí),老化和  漂移經(jīng)?;Q使用。就本文而言,K型熱電偶的老化是在600°F(316°C)和1200°F(649°C)之間發(fā)生的現(xiàn)象。老化將導(dǎo)致傳感器的溫度讀數(shù)略微增加。此外,就本文而言,K型熱電偶的漂移是在1,200°F(649°C)以上發(fā)生的現(xiàn)象,并且可能導(dǎo)致溫度讀數(shù)顯著降低。
      以下信息基于行業(yè)調(diào)查結(jié)果以及WIKA USA正在進(jìn)行的研究和開發(fā)。
K型熱電偶的老化和短程有序

      在居里溫度以下,即使沒有磁場,相鄰的磁自旋也會在鐵磁體中對齊。
      短程有序(SRO)是一種物質(zhì)狀態(tài),其中原子經(jīng)常在短距離內(nèi)可預(yù)測地排列。對于鐵磁和反鐵磁金屬,SRO指的是電子自旋從對齊狀態(tài)(所有指向磁北)到稍微隨機(jī)取向的無序化。這種冶金特性影響K型熱電偶,無論電線尺寸如何,熱電偶制造商電線或成品MIMS(礦物絕緣金屬護(hù)套)電纜的制造商,通常稱為金屬護(hù)套TI。

      在居里溫度以上,除非施加磁場,否則磁自旋是隨機(jī)排列的。
      老化的特征是金屬結(jié)構(gòu)的磁性無序,其可以引起熱電偶的溫度讀數(shù)的小的變化。導(dǎo)體中的鎳是磁性的。隨著鎳達(dá)到其居里溫度[i]為  669°F(354°C),其磁性開始變化并減弱,這會影響不同金屬連接處產(chǎn)生的電壓差。
      短程訂購發(fā)生在600-900°F(316-482°C)的溫度范圍內(nèi)。它也可以在較小程度上在900-1,200°F(482-649℃)的范圍內(nèi)發(fā)生。這種偏移可以通過大約1,600-1,650°F(871- 899°C)的退火步驟來校正,但這又是一個(gè)因素,因?yàn)檫@是K型線合金的特征。隨著導(dǎo)致SRO的多個(gè)事件,偏移量減少,并且正常的*溫度偏差通常為+ 5°F至+ 6°F。
      下面是具有退火護(hù)套的K型熱電偶的溫度讀數(shù)的預(yù)期變化的典型進(jìn)展的示例。
      啟動(dòng)條件:熱電偶的溫度讀數(shù)是正常的,通過比較(在溫控浴中)與高精度參考探頭進(jìn)行驗(yàn)證。溫度讀數(shù)為700°F(371.1°C)。
      該熱電偶可以在700°F的溫度下投入使用,也可以在700°F的溫度下放回同一個(gè)校準(zhǔn)槽中。由于短程有序,新的溫度讀數(shù)為702°F(372.2°C),增加2°F。
      這種熱電偶經(jīng)歷磁性降低并且老化。當(dāng)它重新投入使用(精確到700°F)或放回同一校準(zhǔn)槽時(shí),新的溫度讀數(shù)為703.5°F(373°C),增加1.5°F。
      重復(fù)步驟3。新的溫度讀數(shù)為704.5°F(373.6°C),增加1°F。
      重復(fù)步驟4。新的溫度讀數(shù)為705°F(373.9°C),增加0.5°F。在此之后,溫度讀數(shù)的任何變化都非常小。在1200°F(649°C)以上,溫度讀數(shù)的變化將慢慢“校正”到原始校準(zhǔn)。
      其他類型的熱電偶也經(jīng)歷SRO,因此溫度輸出向上移動(dòng)。例如,在J型熱電偶中,一根導(dǎo)線是鐵,當(dāng)其接近其居里溫度1,418°F(770°C)時(shí)開始老化。
什么是熱電偶漂移?
      漂移通常是熱電偶溫度讀數(shù)的向下移動(dòng),并且可能是幾種不同現(xiàn)象的結(jié)果。漂移將繼續(xù)降低溫度讀數(shù),甚至可能導(dǎo)致熱電偶故障。通常,這種故障發(fā)生在偏離原始溫度25°F或之前或之前。
漂移中涉及的冶金現(xiàn)象可以區(qū)分為:
      表面改性:與熱電元件和熱電元件周圍環(huán)境之間的相互作用引起的熱電元件的變化有關(guān)。
      批量修改:與熱電元件的體積變化有關(guān)。
表面修改可以顯示為:
      氧化(裸線配置)
      從熱電元件中消耗元素(裸線/ MIMS配置)
      環(huán)境污染(裸線/ MIMS配置)
      與絕緣體的相互作用(MIMS配置)
      與護(hù)套相互作用(MIMS配置)
在批量修改中,可以觀察到以下現(xiàn)象:
      相變
      糧食增長
      殘余應(yīng)變和位錯(cuò)湮滅
      再結(jié)晶
      上海自動(dòng)化儀表三廠熱電偶系統(tǒng),尤其是放置在燃燒加熱器中的熱電偶系統(tǒng),可以同時(shí)經(jīng)歷老化和漂移。然而,很難甚至不可能預(yù)測作為其正常操作的一部分經(jīng)歷溫度梯度的熱電偶系統(tǒng)的實(shí)際影響。
如何*小化K型熱電偶的老化和漂移
      在許多燃燒加熱器中,管狀溫度低于1200°F(649°C) - 老化區(qū) - 而煙氣溫度遠(yuǎn)高于2,000°F(1,093°C),即漂移區(qū)。老化是可預(yù)測的,而漂移不太可預(yù)測,更具破壞性,并導(dǎo)致系統(tǒng)故障。
以下是關(guān)于管狀熱電偶(TSTC)加熱器的一些*實(shí)踐:
      *限度地減少熱電偶上的輻射/對流熱量。換句話說,嘗試在管的*冷部分運(yùn)行熱電偶。對于雙擊設(shè)計(jì),這可能是一半而不是一側(cè)或另一側(cè)。
      平衡的屏蔽設(shè)計(jì)有助于將輻射/對流熱量轉(zhuǎn)換為傳導(dǎo)熱量。
      保持盡可能多的TSTC與管緊密接觸。這是非常重要的,因?yàn)楣茏幼兂闪松崞?。必須使用足夠?shù)量的夾子以防止間隙。任何間隙都會使管道更接近煙氣溫度,這將使熱電偶進(jìn)入漂移區(qū)并*終損壞傳感器。
      *小化或消除任何管外布線。*的是沿著管子將TSTC運(yùn)行到與管子對齊的出口,而不是從管子延伸到垂直于管子的壁出口。諸如Kaowool之類的陶瓷纖維的包裹物是防止與灰相關(guān)的助焊劑問題的良好屏障,但是包裹物不能保持熱電偶冷卻并且不會使傳感器遠(yuǎn)離漂移區(qū)域,其中存在長的管外跳躍。
      活塞式出口優(yōu)于膨脹線圈。彎曲增加了漂移的可能性,活塞式出口可以*小化或消除這種風(fēng)險(xiǎn)。對于像焦化器這樣的高運(yùn)動(dòng)爐來說,盡可能使用活塞式出口尤為重要。
      如果無法使用活塞式出口,請使用小型膨脹線圈進(jìn)行補(bǔ)償。 由于額外的材料起到吸收熱量的更大表面積的作用,因此*限度地減小線圈的尺寸并在遮蔽輻射/對流熱的區(qū)域中隱藏盡可能多的材料是很重要的。 三個(gè)或四個(gè)小線圈通常優(yōu)于一個(gè)大環(huán)。
      選擇護(hù)套材料時(shí),請使用溫度作為標(biāo)準(zhǔn)。 如果使用具有長管跳躍的次優(yōu)路由,則在使用管溫度進(jìn)行該測定時(shí)要小心。升級到I600或Pyrocil D護(hù)套有助于*小化,但不能消除漂移并導(dǎo)致更長的熱電偶壽命。

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