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热电偶传感器是高温恶劣环境的最具成本效益和最有效的解决方案

来源:发表时间:2019-04-19


      金莎娱乐官方网站热电偶是热处理和控制行业中最常用的温度传感器,大多数应用都在500到1500°C的范围内。有更新的技术,如光纤分布式温度传感系统,无线传感,激光红外温度传感器,红外摄像机和热噪声温度计。然而,大多数都表现出高误差,包装问题,高价格或这些问题的组合。
       结论:热电偶传感器仍然是高温恶劣环境的最具成本效益和最有效的解决方案 - 即使有一些缺点。
      如果热电偶的校准从未改变,那么支撑热电偶技术的论据将更容易实现。然而,事实是热电偶校准确实发生了变化。这种变化的大小和方向取决于温度,时间,环境条件和其他因素。(见表1)
表1:影响热电偶和热电偶系统校准的因素


      自1990年代以来,热电偶技术没有取得任何重大突破。许多用户需要更稳定的热电偶电缆,并且在结果的可重复性和重复使用方面具有更长的使用寿命。
      在过去的十年中,许多人试图解决导体氧化和污染等问题,但这种方法非常独特,只关注热电偶的一个方面而不是完整的设计。这些奇异的研究似乎很有希翼,但最终在其他方面变得不可靠。
      直到2009年左右,剑桥大学材料科学与冶金系的Michele 金莎娱乐官方网站博士和Cathie Rae博士的研究才开始研究导体的化学结构,以及温度。
      金莎娱乐官方网站博士开始研究所有组件的相互作用,以解决目前矿物绝缘金属护套(MIMS)热电偶的缺点。该研究涵盖了每种元件在普通金属护套热电偶构造中的深度影响(见图1)。研究人员研究了导体,矿物氧化物绝缘体和金属护套材料。剑桥研究人员仔细研究了每一块结构以及它们如何相互作用以实现最终的热电偶设计。
      在延长和/或高温条件下的操作条件下,K型和N型热电偶组合都显示出有限的寿命操作。剑桥的研究表明,在使用过的贱金属热电偶导体中,元素如Mn和Cr含量增加。这些研究还表明,这些元素的水平仅在运行几个小时后才深入热电偶导体的表面。


 
图1:矿物绝缘电缆的传统结构设计
      这些污染物和其他化学元素的来源已被确定为1)另一个热电偶导体和2)矿物绝缘热电偶电缆的外护套。
      在剑桥进行的进一步测试表明,导致较高漂移率的体积和材料的主要来源是矿物绝缘热电偶的外护套。正如预期的那样,操作温度越高,这些变化的速率就越大。沿着热电偶导体长度的这种变化量的变化导致贱金属热电偶导体的异质性质的增加,从而对观察到的漂移速率具有显着贡献。
金莎娱乐官方网站博士指出,漂移中涉及的冶金现象可以通过两种方式区分:
      表面改性,由于热电元件和热电元件周围环境之间的相互作用,与热电元件的变化有关,
      批量修改,与热电元件的体积变化有关。
所述表面改性  被报告为以下内容:
      氧化(裸线配置),
      热电元件中的元素耗尽(裸线/ MIMS配置)
      环境污染(裸线/ MIMS配置),
      与绝缘体的相互作用(MIMS配置),
      与护套的相互作用(MIMS配置)
在散装的修改包括以下现象:
      相变
      短/长距离排序转换
      粮食增长
      残余应变和位错湮灭
再结晶
      在了解温度和时间激活过程中的这一突破导致他们开发出新的热电偶设计,在第一个内部具有第二个护套。(参见图2.)该第二护套用作过滤器从外护套吸取锰并防止锰元素迁移到热电偶线中。
 


图2:矿物绝缘电缆的新结构设计(左),新建筑样品照片(右)
      这极大地提高了热电偶的精度,同时也极大地改善了K型和N型热电偶的漂移特性。这项新技术非常适合高温应用。新设计还可以延长使用寿命,缩短维护周转时间。(见图3和图4)
 


图3:低漂移电缆(LDC)在1-91周期(每个热循环= 400分钟)的校准结果
图4:K型性能比较 - 新型低漂移K型设计MI(3.2mm)v。旧设计MI(3.0mm)电缆
      这种新技术的潜在应用是无穷无尽的,特别是在航空/航天和热处理行业。该技术将有助于推动新的高精度线材,高温线材和传感器产品组合,以适应日益恶劣的环境。
      下一步是什么?与前瞻性思维客户进一步研究,合作和合作,以促进更精确,低漂移,更长寿命的热电偶传感技术的好处。

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