CN105806504A - 一种耐高温廉金属铠装热电偶及其制作方法 - Google Patents

一种耐高温廉金属铠装热电偶及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温廉金属铠装热电偶，该耐高温廉金属铠装热电偶由镍‑铬‑硅制正极偶丝、镍‑硅‑镁制负极偶丝、钴基高温合金制套管、陶瓷纤维填充出的绝缘层、奥氏体不锈钢制金属块和显示装置构成，正极偶丝和负极偶丝穿过绝缘层焊接在金属块上，正极偶丝和负极偶丝的间距始终不少于1mm。本发明还公开了该耐高温廉金属铠装热电偶的制作方法。本发明的耐高温廉金属铠装热电偶采用成本相对低廉的原材料制备，可在1300℃及以下温度长时使用，耐高温、成本低、使用寿命长、抗震动、抗冲击，具备大批量工业化生产的可行性。

Description

一种耐高温廉金属铠装热电偶及其制作方法
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种耐高温廉金属铠装热电偶及其制作方法。
背景技术
热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，热电偶测温的基本原理是两种不同成份的金属材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，热电偶导线分为正极和负极，一般的N型热电偶（应用量最大的廉金属热电偶）只能保证在1100℃及以下温度长时工作，若对耐热工具钢（如1Cr12MoV需1150℃）、高速钢（如W18Cr4V需1270℃）等大量应用的需高温热处理的材料适用性极差，而采用S型热电偶（长时工作温度可达1600℃的贵金属热电偶）则会造成极大的成本浪费，随着工业技术的发展，冶金工业对热电偶的要求越来越高，国军标GJB509B和美军标AMS2750E中均明确指出测温偶、控温偶必须为两支偶，对于重要工作，还需要单独的超温报警偶，这使得采用S偶来保证工业生产的成本大辐上升；同时，目前的热电偶保护套管一般为陶瓷管，受到震动和冲击时易碎。
在国内已申请的相关专利中，专利《一种热电偶》（申请号：201310479258.X，公开日：2014-01-01），公开了一种采用高分子绝缘材料制作套管，铂制作负极的热电偶，能适应较高的工作温度，但由于高分子绝缘材料耐热能力较差，仍不能达到1100℃及以上温度的长时使用的要求，另外，由于采用了贵重金属铂，其成本远远高于一般廉金属热电偶。专利《一种耐高温的热电偶》（申请号：201520026956.9，公开日：2015-06-10）公开了一种使用廉金属通过焊接方式组合制备的热电偶，在未进行根本性的改变，热电偶耐高温性能的提升有限，不能真正解决高温下长时使用的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种耐高温、成本低、使用寿命长、抗震动、抗冲击的耐高温廉金属铠装热电偶及其制作方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明的耐高温廉金属铠装热电偶由正极偶丝、负极偶丝、绝缘层、套管、金属块和显示装置组成，其特征在于：所述正极偶丝的化学成份包括镍、铬、硅，各成份重量比为Ni:Cr:Si=(85-88):(14-15):1；所述负极偶丝的的化学成份包括镍、铬、镁，各成份重量比为：Ni:Si:Mg=(93-95):(4-5):0.1；所述套管采用真空铸造的钴基高温合金制备；所述金属块采用奥氏体不锈钢制备，通过采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊的方式固定在套管出口端；所述绝缘层填充有陶瓷纤维；正极偶丝和负极偶丝的一端分别穿过绝缘层后固定在金属块上，另一端分别穿出绝缘层的另一端分别通过导线与显示装置相连接，正极偶丝和负极偶丝的间距始终不低于1mm。
上述的耐高温廉金属铠装热电偶，其中：钴基高温合金优选为GH5188。
上述的耐高温廉金属铠装热电偶，其中：所述陶瓷纤维为含锆陶瓷纤维，优选为SYGX-511。
上述的耐高温廉金属铠装热电偶，其中：奥氏体不锈钢优选为0Cr19Ni10Nb。
上述的耐高温廉金属铠装热电偶，其中：所述正极偶丝和负极偶丝与金属块的连接方式为焊接，优选为采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊。
上述的耐高温廉金属铠装热电偶，其中：所述正极偶丝和负极偶丝与显示装置的之间的导线优选为采用经环氧树脂灌封处理的绝缘导线。
上述的耐高温廉金属铠装热电偶的制作方法，包括以下步骤：
①分别将正极偶丝和负极偶丝固定在金属块上，保持间距不低于1mm；
②将金属块与套管出口端搭接，采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊固定并密封；
③分别将正极偶丝和负极偶丝向垂直于套管轴线的相反两个方向拉紧，保证正极偶丝和负极偶丝的间距始终不低于1mm，同时填充陶瓷纤维，直至填满至套管入口端；
④在套管入口端采用经环氧树脂灌封处理的绝缘导线将正极偶丝和负极偶丝分别与显示装置对应接口连接，即制得所述耐高温廉金属铠装热电偶。
与现有技术比较，本发明由于采用了上述方案，其原材料常见，成本低；正、负偶丝间距控制能减少相互之间的干扰，保证电势差的精确性；在N型热电偶基础上优化的正、负偶丝成份保证了其在1300℃及以下温度更优良的表现；钴基高温合金的套管能适应高温环境，且耐震动、冲击；奥氏体不锈钢金属块传热系数高，耐高温，虽然其本身强度不高，但作为温度传感元件已足够；采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊的方式一方面保证了材料种类较少，不确定干扰项减少，另一方面也与奥氏体不锈钢的本体结合力更强，且受剧烈高低温冲击时其组织保持稳定；陶瓷纤维的绝缘性极好、同时耐高温、耐腐蚀、不易软化变形，保证了正负偶丝的间距和热电偶的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的耐高温廉金属铠装热电偶的结构示意图。
图中：正极偶丝1、负极偶丝2、绝缘层3、套管4、金属块5、显示装置6、绝缘导线7。
具体实施方式
一种耐高温廉金属铠装热电偶，由正极偶丝1、负极偶丝2、绝缘层3、套管4、金属块5和显示装置6组成，所述正极偶丝1的化学成份包括镍、铬、硅，各成份重量比为Ni:Cr:Si=(85-88):(14-15):1；所述负极偶丝2的的化学成份包括镍、铬、镁，各成份重量比为：Ni:Si:Mg=(93-95):(4-5):0.1；所述套管4采用真空铸造的GH5188制备；所述金属块5采用0Cr19Ni10Nb制备，通过采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊的方式固定在套管4出口端；所述绝缘层3填充有SYGX-511陶瓷纤维；正极偶丝1和负极偶丝2的一端分别穿过绝缘层3后固定在金属块5上，固定方式为采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊；正极偶丝1和负极偶丝2的另一端分别穿出绝缘层3的另一端通过绝缘导线7与显示装置6相连接，该绝缘导线7采用经环氧树脂灌封处理；正极偶丝1和负极偶丝2的间距始终不低于1mm。
上述耐高温廉金属铠装热电偶的制作方法包括以下步骤：
①分别将正极偶丝1和负极偶丝2固定在金属块5上，保持间距不低于1mm；
②将金属块5与套管4出口端搭接，采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊固定并密封；
③分别将正极偶丝1和负极偶丝2向垂直于套管4轴线的相反两个方向拉紧，保证正极偶丝1和负极偶丝2的间距始终不低于1mm，同时填充陶瓷纤维，直至填满至套管4入口端；
④在套管4入口端采用经环氧树脂灌封处理的绝缘导线7将正极偶丝1和负极偶丝2分别与显示装置6对应接口连接，即制得所述耐高温廉金属铠装热电偶。
该耐高温廉金属铠装热电偶的优点为：在1300℃的环境下，所有接触高温的材料，包括套管用钴基高温合金、金属块用奥氏体不锈钢、正负极偶丝用镍基合金和绝缘层用陶瓷纤维均不会因温度过高而氧化或变形，保证了其长时工作的可能性；正极偶丝1、负极偶丝2始终保持的间距保证了显示数据的准确性；铠装的套管4采用钴基高温合金制备，耐高温、抗震动、抗冲击；陶瓷纤维耐高温、耐腐蚀、不易变形；奥氏体不锈钢传热系数好、耐高温。
该耐高温廉金属铠装热电偶的工作原理为：将本耐高温廉金属铠装热电偶***高温环境中，高温环境通过对金属块5加热至均匀，传递到与之连接的正极偶丝1和负极偶丝2，产生电势差，电势差信号通过绝缘导线7传导至显示装置6，显示装置6将电势差信号解析并显示，达到测温目的。
本发明尤其适用于1100℃-1300℃工作的热电偶测温场合。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种耐高温廉金属铠装热电偶，由正极偶丝(1)、负极偶丝(2)、绝缘层(3)、套管(4)、金属块(5)和显示装置(6)组成，其特征在于：所述正极偶丝(1)的化学成份包括镍、铬、硅，各成份重量比为Ni:Cr:Si=(85-88):(14-15):1；所述负极偶丝(2)的的化学成份包括镍、铬、镁，各成份重量比为：Ni:Si:Mg=(93-95):(4-5):0.1；所述套管(4)采用真空铸造的钴基高温合金制备；所述金属块(5)采用奥氏体不锈钢制备，通过采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊的方式固定在套管(4)出口端；所述绝缘层(3)填充有陶瓷纤维；正极偶丝(1)和负极偶丝(2)的一端分别穿过绝缘层(3)后固定在金属块(5)上，另一端分别穿出绝缘层(3)的另一端分别通过绝缘导线与显示装置(6)相连接，正极偶丝(1)和负极偶丝(2)的间距始终不低于1mm。
2.根据权利要求1所述的耐高温廉金属铠装热电偶，其特征在于：钴基高温合金优选为GH5188。
3.根据权利要求2所述的耐高温廉金属铠装热电偶，其特征在于：所述陶瓷纤维为含锆陶瓷纤维，优选为SYGX-511。
4.根据权利要求3所述的耐高温廉金属铠装热电偶，其特征在于：奥氏体不锈钢优选为0Cr19Ni10Nb。
5.根据权利要求4所述的耐高温廉金属铠装热电偶，其特征在于：所述正极偶丝(1)和负极偶丝(2)与金属块(5)的连接方式为焊接，优选为采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊。
6.根据权利要求5所述的耐高温廉金属铠装热电偶，其特征在于：所述正极偶丝(1)和负极偶丝(2)与显示装置(6)的之间的绝缘导线优选为采用经环氧树脂灌封处理的绝缘导线(7)。
7.根据权利要求6所述耐高温廉金属铠装热电偶的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
①分别将正极偶丝(1)和负极偶丝(2)固定在金属块(5)上，保持间距不低于1mm； ②将金属块(5)与套管(4)出口端搭接，采用奥氏体不锈钢焊条进行钎焊固定并密封； ③分别将正极偶丝(1)和负极偶丝(2)向垂直于套管(4)轴线的相反两个方向拉紧，保证正极偶丝(1)和负极偶丝(2)的间距始终不低于1mm，同时填充陶瓷纤维，直至填满至套管(4)入口端；
④在套管(4)入口端采用经环氧树脂灌封处理的绝缘导线(7)将正极偶丝(1)和负极偶丝(2)分别与显示装置(6)对应接口连接，即制得所述耐高温廉金属铠装热电偶。
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