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?带您全面认识K型热电偶的老化和漂移

来源:发表时间:2019-04-20


      反复暴露在高温下,K型热电偶变得不太准确。老化是一种导致温度读数高于准确度的现象,而漂移导致读数低于准确度。虽然所有K型热电偶都经历老化和漂移,但最佳实践可以将风险降至最低并延长热电偶寿命。
      金莎娱乐官方网站可靠,耐用且低价的K型热电偶通常用于许多行业。标准矿物绝缘(MI)K型热电偶有三种金属,所有这些金属都会影响其老化和漂移。


      在这种热电偶的类型,正导体由镍铬的?(镍和铬合金)和负导体由镍铝合金的?(镍,锰,硅和铝的合金)。所涉及的第三种金属是保护套,其通常由不锈钢或类似合金,镍合金或钝化镍合金制成。
      当谈论热电偶输出随温度和运动的响应随时间变得不那么准确时,老化和  漂移经常互换使用。就本文而言,K型热电偶的老化是在600°F(316°C)和1200°F(649°C)之间发生的现象。老化将导致传感器的温度读数略微增加。此外,就本文而言,K型热电偶的漂移是在1,200°F(649°C)以上发生的现象,并且可能导致温度读数显着降低。
      以下信息基于行业调查结果以及WIKA USA正在进行的研究和开发。
K型热电偶的老化和短程有序


      在居里温度以下,即使没有磁场,相邻的磁自旋也会在铁磁体中对齐。
      短程有序(SRO)是一种物质状态,其中原子经常在短距离内可预测地排列。对于铁磁和反铁磁金属,SRO指的是电子自旋从对齐状态(所有指向磁北)到稍微随机取向的无序化。这种冶金特性影响K型热电偶,无论电线尺寸如何,热电偶制造商电线或成品MIMS(矿物绝缘金属护套)电缆的制造商,通常称为金属护套TI。


      在居里温度以上,除非施加磁场,否则磁自旋是随机排列的。
      老化的特征是金属结构的磁性无序,其可以引起热电偶的温度读数的小的变化。导体中的镍是磁性的。随着镍达到其居里温度[i]为  669°F(354°C),其磁性开始变化并减弱,这会影响不同金属连接处产生的电压差。
      短程订购发生在600-900°F(316-482°C)的温度范围内。它也可以在较小程度上在900-1,200°F(482-649℃)的范围内发生。这种偏移可以通过大约1,600-1,650°F(871- 899°C)的退火步骤来校正,但这又是一个因素,因为这是K型线合金的特征。随着导致SRO的多个事件,偏移量减少,并且正常的最大温度偏差通常为+ 5°F至+ 6°F。
      下面是具有退火护套的K型热电偶的温度读数的预期变化的典型进展的示例。
      启动条件:热电偶的温度读数是正常的,通过比较(在温控浴中)与高精度参考探头进行验证。温度读数为700°F(371.1°C)。
      该热电偶可以在700°F的温度下投入使用,也可以在700°F的温度下放回同一个校准槽中。由于短程有序,新的温度读数为702°F(372.2°C),增加2°F。
      这种热电偶经历磁性降低并且老化。当它重新投入使用(精确到700°F)或放回同一校准槽时,新的温度读数为703.5°F(373°C),增加1.5°F。
      重复步骤3。新的温度读数为704.5°F(373.6°C),增加1°F。
      重复步骤4。新的温度读数为705°F(373.9°C),增加0.5°F。在此之后,温度读数的任何变化都非常小。在1200°F(649°C)以上,温度读数的变化将慢慢“校正”到原始校准。
      其他类型的热电偶也经历SRO,因此温度输出向上移动。例如,在J型热电偶中,一根导线是铁,当其接近其居里温度1,418°F(770°C)时开始老化。
什么是热电偶漂移?
      漂移通常是热电偶温度读数的向下移动,并且可能是几种不同现象的结果。漂移将继续降低温度读数,甚至可能导致热电偶故障。通常,这种故障发生在偏离原始温度25°F或之前或之前。
漂移中涉及的冶金现象可以区分为:
      表面改性:与热电元件和热电元件周围环境之间的相互作用引起的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。
表面修改可以显示为:
      氧化(裸线配置)
      从热电元件中消耗元素(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)
      与护套相互作用(MIMS配置)
在批量修改中,可以观察到以下现象:
      相变
      粮食增长
      残余应变和位错湮灭
      再结晶
      金莎娱乐官方网站热电偶系统,尤其是放置在燃烧加热器中的热电偶系统,可以同时经历老化和漂移。然而,很难甚至不可能预测作为其正常操作的一部分经历温度梯度的热电偶系统的实际影响。
如何最小化K型热电偶的老化和漂移
      在许多燃烧加热器中,管状温度低于1200°F(649°C) - 老化区 - 而烟气温度远高于2,000°F(1,093°C),即漂移区。老化是可预测的,而漂移不太可预测,更具破坏性,并导致系统故障。
以下是关于管状热电偶(TSTC)加热器的一些最佳实践:
      最大限度地减少热电偶上的辐射/对流热量。换句话说,尝试在管的最冷部分运行热电偶。对于双击设计,这可能是一半而不是一侧或另一侧。
      平衡的屏蔽设计有助于将辐射/对流热量转换为传导热量。
      保持尽可能多的TSTC与管紧密接触。这是非常重要的,因为管子变成了散热器。必须使用足够数量的夹子以防止间隙。任何间隙都会使管道更接近烟气温度,这将使热电偶进入漂移区并最终损坏传感器。
      最小化或消除任何管外布线。优选的是沿着管子将TSTC运行到与管子对齐的出口,而不是从管子延伸到垂直于管子的壁出口。诸如Kaowool之类的陶瓷纤维的包裹物是防止与灰相关的助焊剂问题的良好屏障,但是包裹物不能保持热电偶冷却并且不会使传感器远离漂移区域,其中存在长的管外跳跃。
      活塞式出口优于膨胀线圈。弯曲增加了漂移的可能性,活塞式出口可以最小化或消除这种风险。对于像焦化器这样的高运动炉来说,尽可能使用活塞式出口尤为重要。
      如果无法使用活塞式出口,请使用小型膨胀线圈进行补偿。 由于额外的材料起到吸取热量的更大表面积的作用,因此最大限度地减小线圈的尺寸并在遮蔽辐射/对流热的区域中隐藏尽可能多的材料是很重要的。 三个或四个小线圈通常优于一个大环。
      选择护套材料时,请使用温度作为标准。 如果使用具有长管跳跃的次优路由,则在使用管温度进行该测定时要小心。升级到I600或Pyrocil D护套有助于最小化,但不能消除漂移并导致更长的热电偶寿命。


       在此图中,绿色框表示通常易于老化的区域。红色框表示易受漂移影响的区域,因此会出现热电偶损坏。
      由于K型热电偶中使用的金属的特性,会发生老化和漂移。目前,不可能制造无漂移或无老化的热电偶。然而,像Catherine Rae博士和Michele Scervini 博士这样的材料科学家正积极致力于冶金改造,以创造K型和其他热电偶的减少漂移版本。 

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