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熱電偶的長期穩定性問題
作為常用的溫度傳感器之一的熱電偶（包括K分度、E分度、T分度等）測溫元件，其長期穩定性是一個非常重要的技術指標，尤其是對于燃煤發電廠這類維修難度較大的企業，更是如此。通俗地說：所謂產品的長期穩定性，它體現了當將其安裝到設備上以后，能使用多長時間而又不改變其度，對于用戶而言，長期穩定性的時間就越長越好。
因此，如何能使熱電偶測溫元件是具有更長的使用壽命，是每個熱電偶生產廠家必須充分重視和解決好的重要問題；而決定熱電偶測溫元件長期穩定性好與不好的zui重要的因素，我們認為，依次是材料的選擇和工藝制定與實施。
○熱電偶測溫元件的基本結構
熱電偶測溫元件的基本結構通常由熱電偶絲材（裸絲）、鎧裝導線（材料）、補償導線、外保護管以及其他輔助安裝配件如螺紋、法蘭、卡套、接線盒、插頭等組成。不同的工況環境，就有不同的結構。
○生產熱電偶測溫元件的主要材料及其長期穩定性的分析
生產熱電偶測溫元件的主要材料包括熱電偶絲材（裸絲）、鎧裝導線、絕緣材料、外保護管、補償導線以及安裝固定配件（例如螺紋、法蘭、接線盒、接插件等），分述如下：
1． 熱電偶絲材——熱電偶的核心材料，它決定了熱電偶的精度能否達到所需要的等級，以及所能測量的溫度范圍；不同分度號的熱電偶絲材，由不同的兩種合金絲組成，分別為正極與負極；例如：K分度號熱電偶絲材，其正負極的合金材料分別是鎳鉻（NiCr）與鎳硅（NiSi）或鎳鋁（NiAl）。
決定熱電偶絲材的精度和使用壽命的zui主要因素，是其兩極合金的成分組成，下表所列的是國產絲材（K分度）與德國絲材的化學成分對照表：
K分度偶絲化學成分對照表
從上表中可以看到，德國絲材的化學成分中添加了不少其它的稀有元素，從而確立了德國絲材所具有的優良的精度和長期穩定性能。
關于熱電偶絲材，有一個誤區要明確，以K分度熱電偶為例，很多人都認為它可以測量到1300℃，這沒錯，其熔點可達到1370℃；但是，上升到這個溫度能用多久，這不但與絲材本身的抗高溫氧化性能有關，而且與其配套的保護層材質、絕緣材料、外保護管等都有關系；例如，如果用普通不銹鋼（比如1Cr18Ni9Ti）做外保護管，那么其zui高溫度也就是800~900℃左右；因此，說到熱電偶的zui高測量溫度問題，必須與其使用壽命和配套的材料的耐溫性能結合起來。
2． 鎧裝導線（鎧裝材料）
（1） 鎧裝導線的構成
（2） 影響鎧裝導線長期穩定性的因素主要有三個方面：首先是鎧裝合金層的合金成分是什么，合金成分是否齊全？因為對于不同的工況環境和溫度范圍，應該選用不同的合金，以適應實際使用的需用。常用的鎧裝合金層材質及適用工況如下表：
對于燃煤發電廠使用的鎧裝熱電偶，在900℃以內的工況條件下，我們推薦使用鎧裝合金層材質為AISI316或AISI316L的德國產品，這是耐酸耐油耐堿或腐蝕的材質之一，尤其是使用在鍋爐壁溫測量汽缸壁溫的測量上，其使用壽命可達到一個大修期（60個月）；在這種合金中，其成分分別含有Cr17.06%、Ni10.53%、Mo2.10%、Mn1.13%、Si0.49%、N0.06%及P0.03%（德國材料配方）；在這些成分中，微量元素是否含有非常關鍵，它們的存在與否反映在合金的性能上，就表現為是否會生銹、受到腐蝕和裂開等情況（圖片說明這種現象）。目前使用該種材質的鎧裝熱電偶用于上述壁溫測量的廠家有：廣東惠州平海發電廠有限公司（2×1000MW），廣東粵華發電有限責任公司黃埔發電廠（2×300MW）、廣東陽西海濱電力發展有限公司（2×600MW超臨界機組）、廣東湛江電力有限公司（4×300MW）、粵電集團珠海發電廠（2×700MW）、粵電集團沙角C電廠（3×600MW）、廣東珠海金灣發電有限公司（2×660MW）等單位，均取得了預期的效果。
影響鎧裝熱電偶導線長期穩定性的第二個因素是絕緣填充物（通常是Al2O3或MgO）的純度夠不夠，純度不夠，會很快降低鎧裝熱電偶的絕緣強度 ，進而影響其測量的準確性。第三個因素是鎧裝熱電偶導線生產過程中的退火時間和退火溫度是否符合生產規程的要求，如果達不到要求，鎧裝熱電偶容易出現開裂等情況。這一點我在2009年《世界儀表與自動化》專業期刊第四期的文章“鎳荃熱電偶的高溫性能和長期穩定性”中進行過討論。
我公司使用的鎧裝熱電偶導線，是德國MiL公司的產品，而且我公司是MiL公司在中國的總代理商。
3． 絕緣材料
用于熱電偶的絕緣材料主要有兩大類，一是用物鎧裝熱電偶導線填充物的絕緣材料，如上所述，通常為Al2O3或MgO，其純度均要求≥96%，以確保其在高溫情況下絕緣性能不會降低；二是用于補償導線絕緣層的絕緣材料，通常有氟塑料，硅膠和PVC；由于PVC的耐油性能較差，故通常不選用其作為絕緣層材料。對于氟塑料的絕緣材料，其耐腐蝕性能良好，但應注意氟塑料材料，有兩大類，一類叫做聚四氟（F4），其zui高耐溫通常在200℃；另一類叫聚全氟（PTF），其zui高耐溫可達到260℃甚至更高，而且耐腐蝕性能比F4要強得多。氟塑料有一個明顯的不足是使用時間長時會變硬；因此可以考慮選用硅橡膠作為絕緣層材料，同樣是有較好的耐油性能，而且不會象氟塑料那樣容易變硬；
4． 外保護管的使用壽命取決于其合金的材質；在一般情況下，選用AISI304L或1Cr18Ni9Ti材質的不銹鋼保護管聲均可以；對于有較強腐蝕氣氛（例如酸堿或油污等）的環境，應選用316或316L或316Ti材質的外保護管，只要是成分齊全，應該不會出現銹蝕等現象；問題是國產的許多不銹鋼材料，其成分均不夠齊全，甚至出現311、211等材質的情況，導致外保護管出現銹蝕、磨斷、開裂等現象，進而影響了熱電偶的使用壽命。
我公司用燃煤發電廠的外保護管，除有特別要求外，均選用AISI316L材質的保護管，力求產品有更長的使用壽命。
5． 補償導線
在充分考慮上述因素的前提下，再進行材料與零配件的選擇。選擇好材料與零配件之后，要確定生產工藝，首先要做的是如何焊接好熱電偶絲材并做好絕緣保護，以確保長期穩定；其次是生產環境必須保護較穩定的溫度和濕度，以確保生產過程中熱電偶的絕緣電阻穩定可靠；第三，每支產品必須經過至少三道檢測，即*是對熱電絲材的檢測（精度、分度號）等，第二是生產過程的檢測（精度、絕緣電阻強度、具體尺寸等），第三是入庫前的全面檢測（精度、絕緣電阻強度、具體尺寸、安裝固定方式等），依照國家檢定規程的要求，無一遺漏地進行檢測，以確保產品的合格。
綜上所述，一支熱電偶溫度傳感器，要使其具體良好的長期穩定性，材料的選擇和工藝的確定是關鍵！正所謂“巧婦難為無米之炊”沒有好的材料，沒有合適的生產工藝，肯定就做不出具有優異長期穩定性能的產品。
我公司致力于用德國進口材料，生產替代進口的各類熱電阻、熱電偶、雙金屬溫度計等產品，不斷吸收和改進德國廠家的生產工藝；經過十多年的努力，我公司的產品在發電行業得到了較廣泛的應用，目前已有至少15家燃煤發電廠在使用我公司的產品。我們堅信，把長期穩定性能優異的產品應用至燃煤發電廠上，一定會受到廣大燃煤發電廠歡迎！