鎧裝貴金屬熱電偶測量端位置的確定方法

侯運安，趙雪茹，王兵利，蘇劍

(西安航空發(fā)動機股份有限公司，陜西西安，710021)

0 前言

鎧裝貴金屬熱電偶由于具有結構緊湊，堅固耐用，測溫范圍寬，測溫精度高，機械強度及耐壓性能好，能彎曲，能在高低溫、腐蝕性強等惡劣條件下安全使用等特性，被廣泛應用于冶金、石油、航天、航空等溫度控制和測試領域。鎧裝貴金屬熱電偶通常和顯示儀表、變送器及電子調節(jié)器配套使用組成測溫或過程控制系統(tǒng)。

由于鎧裝貴金屬熱電偶偶絲位于保護管內部，通過肉眼無法準確辨識出電偶測量端位置，因而鎧裝貴金屬熱電偶在校準和使用過程中會引入一定的測量誤差。為了進一步提高鎧裝貴金屬熱電偶校準及使用時的準確度，本文提出了一種利用X 光照相檢測技術對此類電偶測量端進行準確定位后進行校準的方法。

1 鎧裝貴金屬熱電偶結構

鎧裝貴金屬熱電偶是將熱電偶絲用無機物絕緣及金屬或陶磁套管封裝，壓實成堅實的組合體。常用鎧裝貴金屬熱電偶的結構型式見圖1。

圖1 鎧裝貴金屬熱電偶實物及結構圖

由圖1 可以看出，由于制造工藝流程不規(guī)范等原因，鎧裝熱電偶制作完成后，封裝在保護管內的測量端位置無法準確定位，這會對熱電偶的校準和使用造成兩方面的影響。

第一，根據JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準規(guī)范》要求，鎧裝熱電偶校準過程中應使鎧裝貴金屬熱電偶測量端和標準電偶測量端位于同一個徑向截面上，如圖2所示。由于鎧裝熱電偶測量端的具體位置無法知曉，通常校準時默認測量端在外保護管的底部，將鎧裝貴金屬熱電偶外護管底部和標準電偶外保護管底部位于同一個徑向截面上進行捆扎后校準，由于被校鎧裝熱電偶測量端位置的不確定性，往往導致校準時被校鎧裝熱電偶和標準熱電偶的測量端不在同一個徑向截面上，如圖3所示。這必然會增加校準時爐溫場不均勻引入的誤差。

圖2 校準規(guī)范規(guī)定的熱電偶測量端位置示意圖

圖3 實際校準中熱電偶測量端位置示意圖

第二，在利用鎧裝貴金屬熱電偶進行熱電偶檢定爐爐溫均勻性測試過程中，要求把熱電偶測量端準確布放在規(guī)定的測溫點位置，由于不能對鎧裝貴金屬熱電偶測量端準確定位，測量過程中一般默認電偶外保護管底部就是測量端，那么在爐溫均勻性檢測過程中，會對熱電偶檢定爐有效工作區(qū)尺寸測量結果帶來誤差，造成不必要的重復測試從而浪費資源。

2 X 光照相檢測技術

為解決鎧裝貴金屬熱電偶在校準和使用過程中存在的上述問題，我們通過X 光照相檢測技術對其測量端進行準確定位。X 射線是一種波長很短、頻率很高的電磁輻射，其檢測原理是利用X 射線所具有的較強的穿透能力。穿透被測物的射線帶有反映被測物內部結構的信息，通過射線強度的變化來檢測與評判材料或工件內部各種宏觀或微觀缺陷的性質、大小和分布情況。

對熱電偶測量端位置檢測時我們選用的是450 型X 光檢測儀。首先將鎧裝熱電偶外套管進行清理，避免表面雜質對X 光照相檢測儀成相質量造成影響，同時接通450 型X 光檢測儀電源，待數顯電壓表示值穩(wěn)定后將被測熱電偶放置在X 射線管與像增強器之間，調整數顯面板上的電流和電壓調節(jié)旋鈕，直到可以看到保護管內部結構位置，此時即可判定出熱電偶測量端的位置。

通過X 光照相發(fā)現，每支鎧裝貴金屬熱電偶的測量端同其外護管底部之間的距離幾乎都是不一致的，如圖4所示，選取的拍攝試樣熱電偶中二者最大距離有30 mm，而貴金屬熱電偶檢定爐有效均勻溫場的長度只有20 mm，上述距離差異不僅使被校鎧裝熱電偶和標準熱電偶測量端無法位于同一徑向截面上，而且有可能使熱電偶的測量端在校準過程中位于檢定爐的有效均勻溫場之外。

圖4 X 光照相檢測技術確定的測量端

利用X 光照相檢測技術對鎧裝貴金屬熱電偶測量端準確定位后，可以在熱電偶外保護管上標示出每支熱電偶測量端距外保護管底部的距離，作為校準和使用過程中確定測量端位置的依據。在此基礎上，校準時還要對鎧裝貴金屬熱電偶的捆扎方式稍作改變，將被校鎧裝貴金屬熱電偶標記的測量端位置與標準熱電偶的測量端位置對齊進行捆扎，這樣可確保被檢和標準的測量端位于同一徑向截面上。

3 X 光照相檢測技術使用前后校準結果的比較

選取兩支S 型全新鎧裝貴金屬熱電偶，分別使用之前的方法(未進行被校鎧裝熱電偶測量端位置定位)和改進后的方法(使用X 光照相檢測技術進行被校鎧裝熱電偶測量端位置定位)在銅點進行校準，將前后兩次方法在銅點的校準結果進行比對，結果如表1、表2、表3所示。

從表1 ～表3 可以看出，兩種不同方式的校準結果相差至少1℃。

另外，通過采用X 光照相檢測技術對鎧裝貴金屬熱電偶測量端進行準確定位后，在爐溫均勻性測試過程中我們也可以更加準確地將鎧裝貴金屬熱電偶測量端布放在規(guī)定的測溫位置，避免了有效加熱區(qū)擴大造成的重復測試。

表1 未進行被校鎧裝熱電偶測量端位置定位的校準結果

表2 使用X 光照相檢測技術進行被校鎧裝熱電偶測量端位置定位后的校準結果

表3 兩種測量方式的測量結果比對

通過上述改進前后數據對比得出結論:準確測量鎧裝貴金屬熱電偶的實際測量端位置對于熱電偶校準結果的影響很大，故校準前對鎧裝貴金屬熱電偶測量端位置的確定是必要的。

4 結束語

通過對鎧裝貴金屬熱電偶進行X 光片拍攝，獲得鎧裝貴金屬熱電偶測量端在鎧裝外保護管內具體位置的校準方法，從根本上解決了鎧裝貴金屬熱電偶校準時由于測量端位置不準確對校準結果帶來的影響，避免了因校準結果的不確定性造成的對校準結果誤判的風險。

［1］國家質量檢督檢驗檢疫總局.JJF1262-2010 鎧裝熱電偶校準規(guī)范［S］.北京:中國計量出版社，2010.

［2］國家質量檢督檢驗檢疫總局.JJG141-2013 工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程［S］.北京:中國質檢出版社，2013.

［3］國家質量檢督檢驗檢疫總局.GB/T18404-2001 鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶［S］.北京:中國標準出版社，2001.