選擇礦物絕緣熱電偶護套H.L. Daneman，P.E .介紹的方法

礦物絕緣金屬護套( MIMS )熱電偶由一組用絕緣材料(通常為氧化鎂)包復的熱電偶線材構成，該絕緣材料通過軋制、拉伸或旋轉等壓縮至護套直徑變小。 MIMS熱電偶的優點包括:

實現熱電偶線與周圍環境的化學隔離。 切斷從電噪聲源到熱電偶的噪聲。 保護熱電偶線和絕緣層免受沖擊。 較終組件允許彎曲，靈活。 20年來，人們夸大了MIMS結構的性能。 MIMS結構與非復蓋元件相比，可靠性低、耐久性差、溫度限制也頻繁發生。 400°； C (750°； f )在以上環境下使用時，含鎳MIMS熱電偶特別容易發生校準不穩定和壽命縮短等問題，這是熱電偶使用和選擇時應重點考慮的因素。

滯后現象

熱電磁滯是導致校準不穩定的重要因素之一。 滯后現象是鎳鉻合金( k型等)的溫度為200°； c和600°； C(zui始終為400°； c )之間發生的短期秩序/無序現象。 其表現為，當熱電偶的溫度在該溫度范圍內周期性變化時，校準中也出現幾度的變化。 200?C和1000?C(zui始終為750°； c )間加熱或冷卻時，n型熱電偶的滯后為5°； c。 900°； c時滯為2°； c至3°； c。 例如500°； c以下使用k型熱電偶，450°； c時整夜進行退火處理，減少滯后現象。

氧化反應

氧化是影響校準的另一種現象。 由于氧化現象，Ni-Cr-AI合金(例如鎳鉻合金* )為500°； 在c以上的空氣環境中壽命有限。 某種特殊形式的氧化被稱為“線朽鉻線”，意味著在氧含量低的環境(例如空氣有限流通的護套)中發生選擇性的鉻氧化。 鎳鉻合金的抗氧化溫度高達約1250?C (2300?F )，不出現線朽鉻線。

一些新的稱為“Nicrobell"(** )的護套材料含有鈮含量為1.5%或3.0%的鎳鉻合金。 Nicrobell"A "是為了抗氧化而特制的。 另一種稱為Nicrosil +(*** )的護套材料含有0.15%的鎳鉻合金和鎂。 據報告(參照參考文獻4 )，該材料與被測試的Nicrobell材料相比，難以剝離，壽命有可能變長。

鎳鉻合金對還原氣體(大部分燃燒過程和許多熱處理過程的產物)的耐性低。 使用鎳鉻合金作為護套材料的其他改造對象

諸如Nicrobell B、c和d之類的法律可以處理典型的非氧化環境。

污染

影響校準穩定性的第三個因素是污染。 礦物絕緣、一體化設計、金屬護套熱電偶背后的理念是通過均勻壓縮填充熱電偶線和護套的超細礦物氧化物(通常為氧化鎂)絕緣層來密封內部空間，消除污染。 通過旋壓、軋制或拉伸壓縮的絕緣體的85%左右為固體材料。 這是很有用的，因為管材可以彎曲，也可以建立更小的組件。 但是水蒸氣和空氣等氣體可能會侵入。 構成熱電偶線和護套的設備也可能發生蒸汽擴散。 Bentley和Morgan判斷透過氧化鎂絕緣層的錳蒸氣相擴散對熱電偶校正的影響zui很大。

金屬疲勞

金屬疲勞是熱電偶壽命縮短的另一個原因。 護套與熱電偶線之間的溫度線膨脹系數的差異會在加熱或冷卻時產生變形。 這些應變終于被金屬疲勞zui破裂。 加熱到900?C時，鎳硅電子合金和304不銹鋼的熱膨脹差為長度的0.4%。 鎳鉻與鎳硅(腳zui容易斷裂)相比，兩者的膨脹系數差僅為0.05%。 因此，在n型熱電偶的腳中，鎳鉻合金、Nicrosil+或Niobell制的護套比不銹鋼護套的耐金屬疲勞性好。

成分

不銹鋼護套熱電偶的成分變化通常高于鎳鉻合金( *** )護套熱電偶。 根據Anderson等人進行的測試，KN腳中鉻元素增加

此外，鋁元素減少。 這些成分變化是引起熱電偶校準變化的主要原因。

大多數不銹鋼的錳含量為1%到2%。 304不銹鋼的錳含量約為2%。 其他不銹鋼的錳濃度在1%到10%之間。 Inconel的錳含量高達1%。 根據經驗，1100?C時持續1000小時，護套材料中錳的1%會引起-10?C的校正偏差。 根據Bentley的測試，直徑為3 mm的n型不銹鋼護套在1000小時內漂移到-24?C。

濕度

鞘內的水蒸氣有多方面的影響。 被氧化鎂快速吸收，可以降低絕緣電阻.。 潮氣的侵入只需幾分鐘就能破壞MIMS熱電偶模塊。 簡而言之，它會破壞鎳鉻合金表面的氧化保護涂層，加速熱電偶組件的破壞。 水蒸氣變化的結果非常嚴重，可以降低絕緣電阻，足以使受影響的熱電偶發生故障。 如果絕緣電阻降低，開路后會產生誤解性的溫度讀取數，可能會提前發生故障，導致讀取錯誤。

在熱電偶的制造和維護過程中可以導入水蒸氣，也可以通過空運和建設現場長期貯藏(如6個月)過程中產生的氣壓變化導入水蒸氣。

建議

上文沒有提及，這些熱電偶材料的直徑與高溫環境下的穩定性和長壽命有一定的關系。 在高溫環境下，支撐電加熱器的磚的表面成為導體。 由此，電流通過熱電偶護套(也可通過測量儀器)傳遞到地板。

圖1. 1200°； c真空環境下直徑3 mm不銹鋼護套及鎳鉻合金600護套k型與鎳鉻合金熱電偶漂移和鎳硅熱電偶漂移的比較。 漂移曲線的波谷是“定位不均勻性測試”的結果，測試樣品是從爐中取出的5 cm。

維持在圖1100°的c的n型熱電偶的insitu漂移。 曲線表示空氣中帶有外徑為3mm的310不銹鋼( SS )或鎳鉻合金( NCR )護套的礦物絕緣金屬護套熱電偶和1.6mm線材熱電偶。 后者的漂移范圍也明確了。

請勿在溫度高的工業環境或腐蝕性工業環境中使用zui細的金屬護套熱電偶(細至1 mm )。

在礦物絕緣、金屬護套的熱電偶中并用鎳鉻熱電偶(例如k型或n型)時，不銹鋼護套的效果比鎳鉻合金600或改良的鎳鉻合金差。 改進的鎳鉻耐熱合金熱電偶可以達到1100°型為1200°； c至1250°； c )提供更強的抗氧化能力，減少熱膨脹差異引起的故障，提高延展性，消除不銹鋼和鎳鉻合金中錳的蒸汽擴散引起的漂移問題。

考慮到新材料的供應現狀，用戶選擇低錳(0.3%以下)鎳鉻合金護套k型MIMS熱電偶，直到改進的鎳鉻合金護套k型或n型及其相應的支持數據成熟。

( *) CHROMEL是Hoskins Manufacturing Co .的商標。

( **) NICROBELL是NICROBELL Pty. Ltd的商標。 NICROBELL鎧裝合金在包括美國在內的很多國家都享有權利。

( ***) NICROSIL +是Pyrotenax Australia Pty Ltd的商標。

( ****) NCONEL是International Nickel Co .的商標。

經H.L. Daneman P.E許可轉載，電子:漢克dan@comcast.net

參考文獻

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