鉑銠熱電偶測溫的影響

　隨著工業技術的發展，測溫測量儀器和測量系統性能的不斷提升，對測溫精度的要求也越來越高。熱電偶在測溫時可直接把溫度量轉換成熱電勢，特別適用于溫度的自動調節和自動控制，已被廣泛應用于-200~2300℃的介質溫度。在大范圍溫度測量中，熱電偶因其體積小、靈敏度高、輸出信號穩定，已被廣泛應用于電廠、生產企業、科研院所等部門行業。
1熱電偶的種類及特點
　　熱電偶根據不同使用方式,可分為普通熱電偶、鎧裝熱電偶、裝配式熱電偶等類型:按其材料組成，熱電偶又可以分為廉金屬熱電偶和貴金屬熱電偶。
貴金屬熱電偶
　　貴金屬熱電偶與廉金屬熱電偶相比具有測溫精度高，穩定性好、測溫溫區寬、使用壽命長等諸多優點。因其物理、化學性能良好，高溫下抗氧化性強及熱電勢穩定性好，多用于一些精密測溫的領域，一些特殊的貴金屬熱電偶也用作溫度傳遞的標準。鉑銠合金具有諸多優點，如:熔點高、催化活性好、熱電性能穩定、高溫持久強度高、抗腐蝕性好和高溫抗氧化性強等，鉑和鉑銠合金因此成為貴金屬熱電偶的組成材料是鉑和鉑銠合金，表1列出了常見鉑銠熱電偶絲的一些物理性能。
 
　　在目前國際電委會頒布的貴金屬熱電偶型號中，工業上最常用的有S型、R型及B型3種貴金屬熱電偶。S型熱電偶正極(SP)為Pt-10Rh，負極(SN)為純鉑:R型熱電偶正極(P)為Pt-13Rh,負極(RN)為純鉑。由于其負極均為純鉑，故S型和R型熱電偶也被稱為單鉑銠熱電偶。B型熱電偶正極(BP)為Pt-30Rh,負極(BN)為Pt-6Rh,被稱為雙鉑銠熱電偶。
　　不同型號的貴金屬熱電偶使用環境溫度不同。S型和R型熱電偶長期高使用溫度為1300℃,短期高使用溫度為1600℃.而B型熱電偶長期使用溫度為1600℃，短期最高溫度為1800℃。S型和R型熱電偶具有精度高，穩定性最好，測溫范圍寬，熱響應速度快，使用壽命長等優點。鉑銠熱電偶的物理化學性能良好，熱電勢穩定性及高溫下抗氧化性良好，特別是S型熱電偶具有優良的綜合性能。B型熱電偶除了擁有單鉑銠熱電偶的優點,它還可以短時間在真空中使用，B型熱電偶在0~50℃范圍內，它的熱電勢波動小于3μV,所以使用時需要補償導線進行熱電勢補償。因其熱電偶的組成兩極都是鉑銠合金，鉑銠合金抗污染能力大于純鉑，所以雙鉑銠熱電偶比單鉑銠熱電偶抗污染能力強。
　鉑與鉑銠合金最重要的物理性質之一是它們在高溫時具有穩定的熱電勢，這一特性是實現測溫重復性及穩定性良好的先決條件。在貴金屬熱電偶的制作與使用過程中有許多影響熱電偶測溫精度的影響因素，如原材料純度、加工過程中的雜質污染，熔鑄工藝過程熱平衡的保持，熱電偶使用前是否充分退火，加工應力的消除，以及熱電偶的使用環境、條件等，都會對熱電偶的熱電性能有很大影響。仔細研究這些影響因素，有助于節約生產成本和使用成本，提高熱電偶的測溫精度。
2熱電偶的熱電勢及其影響因素
2.1熱電偶的熱電勢
　　熱電偶的測溫原理是兩種不同金屬絲A和B相連接，且兩連接點處在不同溫度T1和T2時，在電路中就出現因溫差引起的熱電勢E(AB),并可通過連接點在C點的萬用表上測量熱電勢,在C點引入第三種金屬(如銅導線)，不會改變熱電勢，這就是賽貝克溫差效應。構成的回路中將產生溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢指同一導體兩端因溫度不同而產生的電勢，不同的導體具有不同的電子密度，所以它們產生的電勢也不同:接觸電勢指兩種不同導體接觸時，由于兩種導體組成材料不同，它們的電子密度不同，產生一定的電子擴散，當它們達到一定平衡后所形成的電勢。接觸電勢的大小取決于兩種導體的材料性質及它們的接觸點溫度.
2.2雜質對熱電偶熱電動勢的影響
　　鉑銠熱電偶絲電極材料容易受雜質污染，原材料純度要求不達標都會影響熱電偶的熱電動勢，進而體現為測溫正確性不好。要提高測溫精度首先要保證原材料的純度，用于制作熱電偶的原材料必須使用符合相關標準要求的材料。該標準規定:用于制作標準極熱電偶的鉑絲滿足R100/R0≥13922;用于制作I級、II級工業熱電偶的鉑絲，需滿足R100/R0≥13920。
除了要保證原材料的純度外，熱電偶的制作過程中也要避免雜質的混入,尤其是硅(Si)、鐵(Fe)、鎂(Mg)等低熔點雜質對貴金屬的污染。如果制備過程中混入雜質，污染偶絲，整爐熱電偶的熱電動勢都會受到嚴重影響，整體數據不達標就必須，報廢，增加損耗。雜質污染對純鉑的影響比鉑銠要大的多，
　鉑負極對雜質污染及其敏感。當鉑負極混入少.量雜質后，熱電勢升高，偶絲配對熱電勢降低，數據不滿足標準要求概率增大，成品合格率降低。要保證熱電偶熱電動勢滿足要求，一方面要保證原材料的純度和配比要求，嚴格執行標準要求:另一方面要盡量避免制作過程中混入雜質元素，污染偶絲。在制作熱電偶的過程中如何降低雜質的影響至關重要。經過大量的工藝驗證發現，在鉑絲的制作過程中，將鉑條用氫氧氣高溫均勻退火，可以將鉑條表面附著的低熔點雜質及氣泡有效去除。為了避免退火過程中引入二次污染，用于退火的氫氧氣焊槍外邊緣需要包裹一層鉑金，退火的操作臺也要保證絕對干凈。這樣不僅可以去除大部分雜質，還能減少鉑絲后期拉絲過程中因氣泡引起的斷絲現象。
　貴金屬熱電偶絲制作過程中，合金熔鑄工藝是熱電偶絲制作過程中最關鍵的-一個步驟，對熱電偶絲熱電勢的不均勻性有著直接的影響。一方面可以通過控制澆鑄過程的熱平衡控制熱電偶的不均勻熱電動勢，另一方面可以通過增加合金的重熔次數降低熱電偶不均勻熱電動勢。目前鉑銠合金熔鑄一般采用中頻感應熔煉澆鑄法，將攪拌均勻的鉑銠合金連續固溶體快速澆鑄于水冷銅模中叨，可以有效防止合金成分的偏析，從而達到降低熱電偶不均勻熱電勢的目的，退火不充分時，單鉑銠回路中總熱電勢是降低的，也即S型、R型熱電偶使用前退火不充分熱電勢偏低。因為退火越不充分，鉑的熱電勢越高，鉑銠熱電勢越低。所以回路中總的熱電勢降低。
　　在一個批次的熱電偶在退火充分的情況下，其熱電勢的后期變化很小。如果出現同一批次測溫差異很大的現象，首先應要考慮熱電偶使用之前是否經過充分退火。退火過程要嚴格執行規程規定的退火條件。退火溫度過低無法消除加工過程產生的內;應力:退火溫度過高，絲材晶粒長大，強度降低，后續生產使用過程中容易斷絲。