工业炉用新型温度传感器(热电偶)的研制
资讯- 我国工业炉的温度检测技术随着国民经济建设的飞跃，取得了很大的发展。 多年来，苏科仪表公司为指导生产、加强管理、减少节能消耗发挥了极其重要的作用。 苏科仪表有限公司刘工探讨了渗碳炉等高温气体、铁、铜、铝等高温熔体、流动粉体等实用测温技术和温度传感器(热电偶、护套热电偶、热电偶、高温热电偶、防腐蚀热电偶、多点热电偶、贵金属热电偶)的国产化问题。 1新型温度传感器1.1热电偶保护营热电偶保护管根据其材质分为金属、非金属、金属陶瓷三类，苏科公司曾开发过三种钼基金保护管，主要性能见表1。 另外，利用Al2O3-C质及陶瓷保护管CPT型、金属或合金保护管MPT型以及等离子喷镀等手段开发了耐磨热电偶用表面改性保护管。 表1保护管的主要性能1.2黑体光纤红外线辐射温度计WFHT作者开发的在线红外线辐射温度计结合了光纤技术、接触式和非接触式温度测量技术，即套管、透镜和光纤一体化，与显示器连接，构成接触式辐射温度计，也称为黑体传感器式辐射温度计。 WFHT采用碳化硅等套管，插入热电偶测温的相应位置形成黑体空洞，用红外线辐射温度计通过光纤瞄准黑体空洞底部的靶面。 黑体空洞的靶面接近黑体辐射。 因此，本温度计能够测量真正的温度。 1.2.1特征:该温度计由黑体腔SiC管、光纤和辐射温度计组成。 兼具接触式、非接触式两种温度计的优点。 具有测量温度高、响应速度快、抗干扰性高、安装方便等优点，适用于加热炉的温度测量。 代替铂铑热电偶，具有降低测温费用、节能、消耗等优点，现已在国内钢厂应用。 1.2.2技术指标测温范围: 600~1300℃、800~1600℃、1000~2000℃； 标定精度: O.5%~l.0%； 响应时间问题: <； 0.5s； 检测波长: 0.65-0.9μm； 黑体型腔材料: SiC、Al2O3及耐热合金管； 输出信号: I型4位数字显示: ii型4位数字显示，有4~20mA和1~5V的标准信号输出。光纤材质:多成分玻璃。 2工业炉测温技术2.1连续渗碳炉温度测量2.1.1复合管型实体热电偶由金属或陶瓷或金属陶瓷保护管、高性能热电偶及填充剂等组成的热电偶称为复合管型实体热电偶[1] (以下简称实体热电偶)的产品[2]。 结构紧密，剩馀的空气不少流动，k型热电偶正极中铬的选择氧化大幅减少，廉价的金属热电偶的长期稳定性提高。 2.1.2实体热电偶在渗碳炉中利用瓦房店轴承厂引进的辐射加热渗碳炉用于车辆轴承渗碳。 工艺温度为930±； 5℃，每炉分为5个温度区，用热电偶测量各部分的温度。 热电偶安装在从炉盖上方垂直插入的10个测温孔中，参照图1。 过去出现的问题是，热电偶腐蚀严重，寿命短，偏差大，运行时间仅在l~2之间，不能充分满足生产需求。 从1994年6月1O日开始，在碳渗透炉内各设置了10个物理热电偶。 经过4年多的应用，平均寿命达到26个月，用户满意。 目前，东北大学传感器工厂已经定型生产，进入汽车行业等，扩大了其应用范围。 1-外套管2-特殊热电偶3-炉壳耐火砖4-炉门5-托盘6-托盘插槽图1电波加热碳渗透炉测温音乐系统图2.2高温熔体连续测温2.2.1铝液和铝电解质连续测温a .铝液连续测温铝液连续测温用保护管为金属、Si3N4和si aa 金属管强度高，寿命短的Si3N4管耐腐蚀，强度低的Sialon材料性能理想，但价格高。 作者开发的由MPT-1型合金管、k型护套热电偶组成的连续测温传感器是沈阳电缆厂引进的铝轧制生产线，连续使用寿命超过4个月，在引进设备中比同种温度传感器的寿命提高2~3倍，且价格低廉，已在国内普及，具有广阔的前景。 b .铝电解质连续测温铝电解槽内电解质温度的连续测温对铝电解生产至关重要，但迄今国内外尚未发现合适的耐腐蚀材料，美国开发的保护管寿命只有72h。 作者开发的MPT-2型合金管抚铝、包铝工业实验，寿命均超过400h，近期可达720h。 2.2.2铝液和铝电解质问断温——便携式浸人型温度计铝液和铝电解质问断温，从40年代开始已经广泛应用渗透式温度计。 但是，以往的温度计有①不断更换保护管和插头的缺点②频繁切断线，制作新的测量端。 作者与抚顺铝厂共同开发的浸没式温度计完全克服了上述不足。 由热电偶、保护管和数字显示器组成。 铝冶金及加工行业氟化物电解质及铝液温度测定成功。 这个温度计博得用户的好评，在国内的铝工厂普及。 a .特征①枪与显示器一体化，与普通热电偶相比体重轻，响应速度快1~2min复合型保护管耐腐蚀、更换容易，寿命100~500次，测温费用低③温度数字显示，直观准确，具有峰值保持功能的特殊需求，可增加记忆功能④操作简单，个人 b .技术指标① 3位半数字显示②精度1.O%； ③使用温度范围0~1200℃； ④重量约1kg ⑤蓄电池供电⑥枪的长度: 1000~3000mm。 c .结构①ⅱ型热电偶，显示器与测量枪为一体，可更换保护管②ⅲ型热电偶，保护符，枪体采用分解组装式，热电偶与保护管可更换。 2.2.3铜液连续测温铜冶炼过程中熔融连续测温用传感器现在仍在研究之中。 针对铜加工行业铜液的连续测温，作者采用金属陶瓷保护管，内插高性能热电偶k型，制作了实体热电偶。 1985年以来，经现场应用证明耐高温、长寿命在1000h以上的热电性能稳定、响应速度快、安全可靠。 沈阳电缆厂引进的铜连轧生产线，原设备所具有的铜水连续测温用热电偶为r型，采用耐热合金作为保护管，其寿命仅为1周左右。 作者开发的热电偶保护管，在耐热合金管的外部追加了保护涂层。 这种新型热电偶的安装位置如图2所示。 近2年的实践结果表明，新型热电偶的寿命长于1年，比引进设备的热电偶寿命提高50倍。 1-热点偶数接线盒2-固定件3-保护管4-炉体5-铜水； 6-耐高温材料图2铜水连续测温用热电偶安装图3流动粉体温度测量煤系统、流化床、水泥熟料及耐火物等流动粉体的温度测量，特别是增压流化床PFB的地板温度测量。 由于流动粉体对保护管的磨损和腐蚀严重，是高温试验领域的挑战性课题之一。 对于使用温度不足500℃的流动粉体，可采用高强度钢或表面改性技术，喷涂WC或Ni-Cr-B，硬度可达到60~70HRe[3]。 常用温度为1000℃左右，钴基合金保护管的商品名为UMC050，该保护管耐热冲击、耐磨损性能及高温强度优异，对硫化物及钒具有良好的耐腐蚀性，但价格昂贵。 为了降低成本，有研究人员在PFB现场采用了双金属复合管型结构。 结果表明，温度为l000℃时，寿命为≮l000h[5]。 此外，也有人在气管的形状上下功夫来延长寿命。 4结束语为了解决引进设备中温度传感器的国产化问题，东北大学教师与现场技术人员相结合，研制出复合管型特殊实体热电偶、铝液和铜水连续测温热电偶，应用于引进的连续渗透炉、铝铜连续轧制生产线，取得了良好的效果，寿命提高了50倍，得到了用户的好评。 多年来的实践表明，作者开发的新型温度传感器不仅可以取代进口设备中的温度传感器，还可以进入已经明显节约大量外汇的世界进入国际市场。