热电偶失效机理及其在热处理炉测试中的应用?36?计量,测试与校准2009年第29卷第4期热电偶失效机理及其在热处理炉测试中的应用刘丹英,张宇飞(1.中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;2.中国航空工业规划设计院,北京100120)摘要:从热电偶的材料,使用环境和使用方法等方面对热电偶的失效机理进行了分析,针对热处理炉温场测试中的高精度要求,解释了AMS2750《高温测量法》标准中的相关要求,指出了一些热处理炉温场测试中需要注意的问题并给出相应的建议.关键词:热电偶;失效机理;热处理炉;温场测试中图分类号:TB932文献标识码:B文章编号:1674—5795(2009)04—0036—03IntroductionofFailureMechanismofThermocoupleandItsApplicationtoHeatTreatmentFurnaceMeasurementLIUDan—ying'.ZHANGYu—fei(1.BeijingChangchengInstituteofMetrology&Measurement,Beijing100095,China;2.ChinaAeronauticalProjectandDesignInstitute,Beijing100120,China)Abstract:Onthebasisofanalyzingthethermocouple'sfailuremechanismrelatedtomaterial,insitucondition,andusingmethod,severalrelativeitemsinAMS2750areexplainedandseveralsuggestionsareprovidedtomeetthehishqualitymeasurementdemandofheattreatmentfur-nacetemperaturefield.'Keywords:thermocouple;failuremechanism;heattreatmentfurnace;measurementoftemperaturefieldO前言随着新材料和新工艺的不断发展,对热处理炉性能的要求也越来越高,这就要求对热处理炉的控制精度和温场分布进行准确测量和评价.航空企业近二十年来对热处理炉进行温度均匀性测试的主要依据是HB5425—89《航空制件热处理炉有效加热区测定方法》,而对外贸转包生产业务的企业,要依据美国标准AMS2750《高温测量法》进行测试.在热处理炉的测试中,温度测量采用热电偶温度传感器.正确选型和使用温度传感器对测试结果至关重要.HB5425—89对测试使用的热电偶要求很不具体,而AMS2750对使用的热电偶传感器的类型,等级,使用温度,使用次数等都作了明确要求,对保证测试的质量有很大作用.由于热电偶种类繁多,在使用过程中影响测量的因素也比较多,因此本文在总结热电偶温度传感器的特点和机理的基础上,根据不同类型热处理炉测试的要求,提出和解释了一些在测试过程中需要注意的问题和解决方法,以保证测试的质量.收稿日期:2009—04—22作者简介:刘丹英(1960一),女,工程师,从事热电偶计量检定工作.1热电偶失效机理这里所指的"失效",有两层含义:一是指热电偶在使用过程中性能下降,测量偏差增大,给测量结果带来较大误差;二是指热电偶在使用过程中发生损坏或故障,不能正常工作.由于前者有更大的隐蔽性,难以在使用过程中发现,所以对测试的质量有更大的影响.对热电偶的失效机理进行分析,可以避免在测试过程中由于热电偶的失效引起的测试误差.1.1使用气氛的影响对热处理炉来说,可以有氧化气氛,中性气氛,还原气氛和真空环境.氧化气氛一般是指在空气条件下,如箱式电阻炉.对充气电阻炉,如果充人惰性气体(如N)则为中性气氛,如果充人H等还原性保护气体则为还原性气氛.对于常用的K型热电偶,由于在氧化气氛下热电极丝表面形成致密的Cr20保护膜,对其内部合金具有很好的保护作用,所以适合在氧化气氛下使用.在氧分压较低的情况下,镍铬极中的铬会发生选择性氧化,使表面出现绿色的氧化层,导致热电势超差.在中性气氛下,由于没有铬的氧化作用,可以延长热电偶的使用寿命.但是,如果热电偶丝的表面上已有氧化层计测技术计量,测试与校准?37?时,仍会导致铬的选择性氧化.在还原性气氛中,高温下渗碳和铬的选择性氧化导致铬浓度降低,是K型热电偶劣化的主要原因,镍铬极表面因游离碳析出,而发生龟裂和表层脱落,内部氧化也随着迅速进行,铬的浓度明显降低,并使偶丝变脆,很快就会发生开路故障.对铠装热电偶,由于密封的套管内部含氧量不足,因此,在其他条件相同的情况下,比空气条件下失效要快,套管内有水蒸汽的情况尤其严重,因为水蒸汽能加速镍铬合金的氧化.对于S型贵金属热电偶,在氧化气氛和中性气氛下能安全使用.在高温真空条件下,裸露的s型热电偶的铂极易受铑蒸气污染引起热电动势降低,引起测温偏差.在还原...