熱電偶在真空熱處理爐中的應(yīng)用及選擇
首先介紹了真空熱處理爐(0~1300℃加熱區(qū)間)中溫度的關(guān)鍵部件熱電偶的結(jié)構(gòu)以及在真空熱處理爐中熱電偶的類(lèi)型、優(yōu)缺點(diǎn)。然后總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)在這一溫段真空熱處理爐所用的熱電偶的類(lèi)型、選擇方法、性?xún)r(jià)比。對(duì)比了高溫段國(guó)外真空熱處理爐選用的熱電偶與國(guó)內(nèi)的不同。最后介紹了熱電偶保護(hù)管的類(lèi)型及各類(lèi)保護(hù)管在真空熱處理爐中的應(yīng)用。通過(guò)分析可以讓大家對(duì)熱電偶有更加深刻地了解，在生產(chǎn)應(yīng)用中能根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的熱電偶，為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本。
真空熱處理技術(shù)具有無(wú)氧化、無(wú)脫碳、表面質(zhì)量好等突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)熱處理的工件，在耐磨性、耐腐蝕性等方面有很大的進(jìn)步。真空熱處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備關(guān)鍵部件的處理，是軍品、民品中關(guān)鍵的熱處理技術(shù)，所以說(shuō)真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為真空熱處理技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前先進(jìn)的熱處理生產(chǎn)技術(shù)的主要標(biāo)志，在近幾年來(lái)真空熱處理技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。真空熱處理爐是真空熱處理的必要條件，真空熱處理的兩大重要指標(biāo)是真空和溫度。本文主要淺談下在真空熱處理爐的溫度控制的關(guān)鍵部件：熱電偶，包括熱電偶的結(jié)構(gòu)、熱電偶的型號(hào)、熱電偶的選擇及應(yīng)用。
1、熱電偶的結(jié)構(gòu)
熱電偶的結(jié)構(gòu)主要是由四大件構(gòu)成：熱電偶偶絲、絕緣套管、保護(hù)管及接線(xiàn)盒，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 熱電偶結(jié)構(gòu)
其中，接線(xiàn)盒主要是連接熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)使用;保護(hù)管是為了使熱電偶偶絲與使用環(huán)境隔離，并使熱電偶有更好抗機(jī)械強(qiáng)度;絕緣保護(hù)套管是防止熱電偶的正、負(fù)電極之間短路以及熱電偶絲與保護(hù)管之間形成短路;熱電偶偶絲是熱電偶最主要的部分，也是決定熱電偶型號(hào)及價(jià)格的關(guān)鍵因素。貴金屬的偶絲直徑一般在0.3~0.65mm之間，廉金屬的偶絲一般在0.5~3.2mm之間。偶絲的測(cè)溫端一般是采用焊接的方式形成。
2、熱電偶概述
2.1、熱電偶的分類(lèi)
一般國(guó)內(nèi)真空熱處理爐選用的熱電偶的類(lèi)型為：PT100鉑電阻、K型熱電偶、N型熱電偶及S型熱電偶。而國(guó)外的不同之處在于高溫段選用的熱電偶有所不同，新增加了B型熱電偶與R型熱電偶。
2.2、熱電偶的簡(jiǎn)介
(1)PT100鉑電阻
PT100鉑電阻表示在0℃時(shí)，其阻值為100歐姆。隨著溫度的上升它的阻值成勻速增長(zhǎng)，根據(jù)阻值的變化來(lái)測(cè)定其溫度的變化。PT100鉑電阻在真空熱處理爐上的應(yīng)用比較少，在測(cè)量水溫、油溫的時(shí)候會(huì)用到，一般使用溫度為0~300℃。
(2)K型熱電偶
K型熱電偶的學(xué)名為鎳鉻-鎳硅熱電偶。K型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：在準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、均勻性等方面較好，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是300~500℃和800℃左右兩個(gè)區(qū)間電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定。K型熱電偶是一種廉金屬熱電偶，使用測(cè)量范圍0~1200℃，長(zhǎng)期使用溫度為1100℃左右，短期為1200℃。
(3)N型熱電偶
N型熱電偶的學(xué)名為鎳鉻硅-鎳鉻熱電偶。N型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、均勻性等各方面較好，價(jià)格便宜，同時(shí)克服了K型熱電偶在300~500℃和800℃左右兩個(gè)區(qū)間電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定。N型熱電偶也是一種廉金屬熱電偶，測(cè)量范圍0~1200℃，長(zhǎng)期使用溫度為1100℃左右，短期為1200℃。
(4)S型熱電偶
S型熱電偶就是我們通常所說(shuō)的鉑銠熱電偶，學(xué)名為鉑銠10-鉑熱電偶。S型熱電偶在真空熱處理爐中常用的溫度為800~1300℃，這也是S型熱電偶測(cè)量精度最高的溫區(qū)。而在800℃以下測(cè)溫精度不高，1300℃以上熱電偶容易損壞。S型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、測(cè)量溫區(qū)寬、使用壽命長(zhǎng)等;缺點(diǎn)是：價(jià)格昂貴，對(duì)污染非常敏感。
(5)R型熱電偶
R型熱電偶的學(xué)名為鉑銠13-鉑熱電偶。R型熱電偶長(zhǎng)期使用溫度為1300~1500℃，短期可達(dá)到1600℃。R型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng);缺點(diǎn)是：價(jià)格昂貴、對(duì)污染敏感。
(6)B型熱電偶
B型熱電偶的學(xué)名為鉑銠30-鉑銠6熱電偶。B型熱電偶長(zhǎng)期使用溫度為1300-1600℃，短期可達(dá)到1800℃。B型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：不需要用特殊的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、測(cè)溫上限高、壽命長(zhǎng);缺點(diǎn)是：價(jià)格昂貴，對(duì)污染靈敏。
2.3、熱電偶在真空熱處理中的應(yīng)用
從上節(jié)熱電偶的簡(jiǎn)介中，我們不難看出每種熱電偶適合的測(cè)溫區(qū)域及性?xún)r(jià)比。為了更好地對(duì)比各種類(lèi)型的熱電偶，我們可以做出下面的表格，以便更加清晰地認(rèn)識(shí)到各種熱電偶，如表1所示。
表1熱電偶的性能對(duì)比表
從表1的表格中，我們就可以看出各種類(lèi)型熱電偶性能、適合的場(chǎng)合以及性?xún)r(jià)比，從而選擇出我們真空熱處理爐最適合用的熱電偶。現(xiàn)總結(jié)如下：
(1)低溫段(0~300℃)：在這一溫段的應(yīng)用我們一般選擇用PT100鉑電阻，雖然PT100鉑電阻的各方面性能都一般，但是在低溫段上，PT100的性能基本上能滿(mǎn)足設(shè)備的使用要求，最主要的是PT100鉑電阻價(jià)格上有優(yōu)勢(shì)。如果在性能上有更高的要求，大家也可以選擇K型熱電偶或N型熱電偶，當(dāng)然在價(jià)格方面就要貴點(diǎn)，實(shí)際情況實(shí)際選擇。
(2)中溫段(300~1000℃)：在這一溫段我們一般選用的是K型熱電偶或N型熱電偶。我國(guó)傳統(tǒng)的選擇型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為K型熱電偶，因?yàn)镵型熱電偶在測(cè)溫區(qū)和各方面性能都能滿(mǎn)足這一溫段真空熱處理爐的需求，還有就是K型熱電偶低廉的價(jià)格也是必不可少的一大因素，所以這也是為什么K型熱電偶是目前用量最大的熱電偶。隨著研究人員的研究，近幾年來(lái)N型熱電偶在國(guó)內(nèi)真空熱處理爐中有了很大的發(fā)展。因?yàn)镹型熱電偶在各反面性能指標(biāo)上都與K型熱電偶不相上下，同時(shí)克服了K型熱電偶在300~500℃和800℃左右兩個(gè)區(qū)間電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，在價(jià)格方面N型熱電偶也是一種廉價(jià)的熱電偶。所以現(xiàn)在N型熱電偶展現(xiàn)出了一種良好的發(fā)展趨勢(shì)，逐步有很多設(shè)備N(xiāo)型熱電偶取代了K型熱電偶的應(yīng)用。如果在這一溫段，真空熱處理爐對(duì)溫度性能指標(biāo)有更高的要求的話(huà)，大家也可以選擇S型熱電偶，當(dāng)然S型熱電偶昂貴的價(jià)格就是大家需要考慮的一個(gè)問(wèn)題了。
(3)高溫段(1000~1300℃)：在這一溫段真空熱處理爐國(guó)內(nèi)一般選擇S型熱電偶，S型熱電偶使用溫度高、性能指標(biāo)也更加優(yōu)越，同時(shí)S型熱電偶也是曾經(jīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。有些使用溫度在1000~1200℃的真空熱處理爐也會(huì)選用K型熱電偶或N型熱電偶，其低廉的價(jià)格是主要的因素。國(guó)外在1200℃、1300℃選用的熱電偶一般是R型熱電偶為主，因?yàn)閲?guó)外研究機(jī)構(gòu)通過(guò)研究表明，R型熱電偶性能優(yōu)于S型熱電偶，但是在國(guó)內(nèi)真空熱處理行業(yè)，R型熱電偶一直沒(méi)有推廣開(kāi)來(lái)，還是以傳統(tǒng)的S型為主。B型熱電偶其使用范圍要更高，所以在1300℃使用頻率也是非常低的。
3、熱電偶保護(hù)管的介紹及應(yīng)用
我們大家平時(shí)提到熱電偶，都是在談?wù)揝型、K型等偶型，大家都忽略了熱電偶的一個(gè)重要部件：熱電偶的保護(hù)管。本文所說(shuō)真空熱處理爐中常用的熱電偶使用的保護(hù)管，可以分分為兩大類(lèi)：金屬保護(hù)管、非金屬保護(hù)管。
3.1、金屬保護(hù)管
金屬保護(hù)管是1300℃以下真空熱處理爐常用的一種保護(hù)管，金屬保護(hù)管材質(zhì)一般是不銹鋼，根據(jù)不銹鋼標(biāo)號(hào)的不同用于不同的溫段，分別是：201、301不銹鋼保護(hù)管主要用于0~600℃區(qū)間使用的熱電偶;304、321、316、2520不銹鋼保護(hù)管主要用于600~1000℃區(qū)間使用的熱電偶;3030、3039主要用于1000~1300℃區(qū)間使用的熱電偶。近幾年隨著研究，有了更多的合金保護(hù)管的出現(xiàn)，以適應(yīng)1300高溫點(diǎn)的使用，但是都還在近一步的試驗(yàn)、推廣中。
3.2、非金屬保護(hù)管
非金屬保護(hù)管以剛玉管為主，溫度更高就需要用到石墨管。剛玉管使用溫度可達(dá)到1800℃，石墨可達(dá)到更高的3000℃。
在真空熱處理爐中，我們一般用到的都是各種材質(zhì)的金屬保護(hù)管，因?yàn)榻饘俦Ｗo(hù)管對(duì)溫度的反映靈敏、溫差小。其缺點(diǎn)就是不耐高溫，最高使用溫度1200℃左右，當(dāng)超過(guò)1300℃時(shí)要慎用。想要長(zhǎng)期在1300℃下使用，我們就需要選擇使用非金屬保護(hù)管。非金屬保護(hù)管耐高溫，但是有個(gè)缺點(diǎn)那就是對(duì)溫度變化的靈敏度稍差，如果真空熱處理爐中對(duì)恒溫區(qū)這一項(xiàng)指標(biāo)有比較高的要求如：±3℃或更高，就不適合使用非金屬保護(hù)管。由于金屬保護(hù)管對(duì)溫度反應(yīng)靈敏，但是不耐高溫而非金屬保護(hù)管耐高溫對(duì)溫度的反應(yīng)稍差，都各自都有缺點(diǎn)，也就催生了一種新的保護(hù)管的出現(xiàn)，那就是金屬陶瓷保護(hù)管。金屬陶瓷保護(hù)管克服了金屬保護(hù)管與非金屬保護(hù)管的缺點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景。但是現(xiàn)在真空熱處理爐中還沒(méi)有得到很好的推廣。
4、結(jié)束語(yǔ)
在真空熱處理爐中熱電偶是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，不僅僅是由于其是溫度控制的關(guān)鍵，還因?yàn)闊犭娕际且环N消耗品。不管哪一類(lèi)型真空熱處理爐，隨著使用的時(shí)間增長(zhǎng)，熱電偶的測(cè)溫精度都會(huì)下降。所以根據(jù)使用的頻率我們過(guò)一定的時(shí)間段，為了保證設(shè)備的測(cè)溫、控溫精度能都達(dá)到要求都會(huì)去更換新的熱電偶來(lái)保證設(shè)備的正常使用。這就需要我們選擇合適的熱電偶，來(lái)降低設(shè)備的生產(chǎn)成本。希望通過(guò)本文可以讓大家更好的認(rèn)識(shí)熱電偶，能為大家?guī)?lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約成本。
