[推荐][原创]工业炉用新型温度传感器（热电偶）的开发

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times New="New" Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New="New" Roman'">工业炉用新型温度传感器（热电偶）的开发

我国工业炉的温度检测技术随着国民经济建设的腾飞，取得长足的发展。多年来，热电阻公司为指导生产、强化管理、节能降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及温度传感器（热电偶，铠装热电偶，装配热电偶，高温热电偶，防腐热电偶，多点热电偶，贵金属热电偶）国产化问题。

1新型温度传感器

1.1 热电偶保护营

热电偶保护管按其材质可分为金属、非金属、金属陶瓷三类，苏科公司曾研制出三种钼基金属保护管，主要性能见表1。此外还开发出Al2O3-C质及陶瓷保护管CPT型、金属或合金保护管MPT型，以及采用等离子喷涂等手段研制出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 黑体光纤红外辐射温度计WFHT

作者开发的在线式红外辐射温度计是将光纤技术、接触式与非接触式测温技术结合起来，即将套管、透镜及光纤组成一体，再与显示仪表连接，构成接触式辐射温度计，也称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，形成黑体空腔，再用红外辐射高温计，通过光纤瞄准黑体空腔底部靶面，由于黑体空腔靶面近似于黑体辐射。因此本温度计可测得真实温度。

1.2.1特点

该测温仪是由黑体空腔SiC管、光纤及辐射温度计组成。其兼有接触式、非接触式两种温度计的优点。具有测量温度高、响应速度快、抗干扰能力强、安装使用方便等优点，适于加热炉的温度测量。如用于取代铂铑热电偶，可减少测温费用，具有节能、降耗等优点，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%；

响应时问：<0.5s；

检测波长：0.65-0.9μm；

黑体空腔材料：SiC、Al2O3及耐热合金管；

输出信号：I型4位数码显示：

Ⅱ型4位数码显示，并有4～20mA以

及1～5V标准信号输出；

光纤材质：多组分玻璃。

2工业炉窑测温技术

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构成的热电偶称复合管型实体热电偶 [1]（以下简称实体热电偶）是一种专利产品[2]。由于结构紧密、残留的空气少而不流动，可使K型热电偶正极中铬的选择性氧化极大地减少，从而提高了廉金属热电偶的长期稳定性。

2.1.2实体热电偶在渗碳炉中的应用

瓦房店轴承厂引进的电辐射加热渗碳炉，用于车辆轴承渗碳。工艺温度为930±5℃，每台炉共分5个温区，用热电偶测量各部位的温度。热电偶安装在由炉盖上方垂直插入的10个测温孔内见图1。过去存在的问题是热电偶腐蚀严重，寿命短、偏差大，运行时间仅l～2间，远不能满足生产需要。自1994年6月1O日起，在渗碳炉内陆续安装10支实体热电偶。4年多的应用结果表明，平均使用寿命均达26个月，用户很满意。现在东北大学传感器厂已定型生产，并逐步推向汽车行业等，扩大其应用范围。

1-外套管；2-特种热电偶；3-炉壳耐火砖；4-炉门；5-料盘； 6-料盘滑道

图 1电辐射加热渗碳炉测温乐统示意图

2.2 高温熔体连续测温

2.2.1铝液及铝电解质连续测温

a.铝液连续测温

铝液连续测温用保护管有金属、Si3N4及Sialon等。金属管的强度高，但寿命短；Si3N4管耐腐蚀，但强度低；Sialon材料在性能上较理想，然而价格昂贵。作者研制的MPT-1型合金管、K型铠装热电偶构成的连续测温传感器，用于沈阳电缆厂引进的铝连轧生产线，连续使用寿命超过4个月，比引进设备中同类温度传感器的寿命提高2～3倍，而且，价格便宜，已在国内推广，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，但到目前为止，国内外尚未找到适合的耐蚀材料，美国研制的保护管，使用寿命只有72h。作者开发的MPT-2型合金管在抚铝、包铝进行工业实验，其寿命均超过400h，近期可望达到720h。

2.2.2铝液与铝电解质问断测温——便携式浸人型测温仪

铝液与铝电解质问断测温从40年代起已广泛应用浸入式测温仪。可是，以前的测温仪具有如下缺点：①不断地更换保护管及插头；②频繁地切断偶丝，制作新的测量端。

作者与抚顺铝厂联合开发的浸入型测温仪完全克服上述不足。它是由热电偶、保护管及数字显示仪表构成的。已成功地用于铝冶金及加工行业中氟化物电解质及铝液温度测量。该种测温仪博得用户好评，已在国内铝厂推广应用。

a.特点

① 测枪与显示仪表一体化，同普通热电偶相比，体轻且响应速度快1～2min；

② 复合型保护管耐腐蚀、更换方便，使用寿命长100～500次，测温费用低；

③ 温度数码显示，直观且准确，并有峰值保持功能特殊需要可增加记忆存储功能；

④ 简化操作，单人即可测量。

b.技术指标

① 3位半数码显示；

② 准确度1.O％；

③ 使用温度范围0～1200℃；

④ 重量约1kg；

⑤ 电池供电；

⑥ 测枪长度：1000～3000mm。

c.结构

① Ⅱ型热电偶、显示仪表与测枪形成一体，保护管可更换；

② Ⅲ型热电偶、保护符、枪体采用分解组合式，热电偶及保护管均可更换。

2.2.3铜液连续测温

关于铜冶炼过程中熔体连续测温用传感器，目前仍在研究。对于铜加工行业中铜液连续测温，作者采用金属陶瓷保护管，内插高性能热电偶K型，制成实体热电偶。自1985年以来，经现场使用证明具有如F优点：耐高温，使用寿命长在1000h以上；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，原设备所带的铜水连续测温用热电偶为R型，采用耐热合金作保护管，其寿命仅一周左右。作者开发的热电偶保护管，是在耐热合金管的外部增加保护涂层。该种新型热电偶安装位置如图2。两年来的实践结果表明，新型热电偶的使用寿命可大于1年，较引进设备的热电偶，其寿命提高50倍。

1-热点偶接线盒；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示意图

3流动粉体温度测量

对于输煤系统、流化床、水泥熟料及耐火材料等流动粉体的温度测量，尤其是对增压流化床PFB的床温测量。由于流动粉体对保护管磨损及腐蚀均很严重，因此一直是高温测试领域中富于挑战性课题之一。

对于使用温度低于500℃的流动粉体，可采用高强钢或表面改性技术，喷涂WC或Ni-Cr-B，其硬度可达到60～70HRe[3]。如果常用温度在 1000℃左右，可采用钴基合金保护管商品名为 UMC050，该种保护管具有优异的耐热冲击、耐磨性能及高温强度，对硫化物及钒具有良好的耐蚀性能4，但价格昂贵。为降低成本，有的研制者采用双金属复合管型结构用于PFB现场。结果表明：在温度为l000℃的情况下，使用寿命≮l000h[5]。除此之外，还有人在保护管的形状上下工夫，有助于延长使用寿命。

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