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高温测量技术与新型温度传感器

时间：2011-07-06 阅读：7389

美国AMS 2750D“高温测量”规范，并有针对性的开发出符合该规范要求的多种温度传感器、炉温均匀性测试传感器、带有校准孔的热电偶及在线温度校准仪，现场使用表明：不需另设校温孔，校准系统准确、使用方便。概述N型、新型WRe温度传感器的特点及用廉金属替代贵金属铂铑热电偶实现节能节材的应用业绩。

AMS 2750D、炉温均匀性测试传感器、在线校准、N型温度传感器、WRe温度传感器

1、前言

随着我国装备制造业及航天、航空等国防工业的飞速发展，以及美国AMS 2750D“高温测量”规范的贯彻与实施，对温度传感器提出更高的要求。我国已有沈飞、黎明公司等26家企业取得Nadcap认证，贯彻执行AMS 2750D的科研单位与企业也越来越多，我公司自2008年起，依据该规范的要求有针对性的开发出满足AMS 2750D要求的温度传感器，为无锡鲍迪克公司及多家航空、航天企业供货，成为国内按AMS 2750D供货的温度传感器厂。

2、 新型温度传感器的开发与应用

2.1、AMS 2750D简介与贯彻

2.1.1、符合AMS 2750D要求的温度传感器

1）温度传感器的分类

依据温度传感器的功能与性能，将其分为7类：

①基准、标准

②一等标准

③二等标准

统称测试传感器

④系统精度测试

⑤炉温均匀性测试

⑥控制、监测及记录

⑦负载

2）炉温均匀性测试传感器

AMS 2750D中对传感器的精度要求与国标GB/T9452、航标HB5354-94及军标GJ/B509A-1995不同，国标、军标及航标中对热电偶及补偿导线的精度分别有要求，但在AMS 2750D中却对由热电偶及补偿导线组成的测试传感器系统精度提出要求，不再单独分度或检定。本公司近期为丰东热处理及太原二所提供部分符合AMS 2750D要求的传感器见表1，经沈飞计量中心鉴定结果表明：在1000℃下，13支N型热电偶（含补偿导线）的平均偏差仅为0.85℃，用户很满意。

对于温度t＞1300℃的真空炉温度均匀性测量，如采用普通的S型裸偶，往往只能使用一炉或不到一炉次就发生断偶问题，本公司开发出弥散强化型S型热电偶（图1）。经北京航空材料研究院，用于t＞1300℃真空热处理炉温均匀性测试，结果表明可用5个炉次以上。

图1：弥散强化S型热电偶以及铂铑合金及其弥散强化材料伸长与持久时间关系（在1400℃ 10.8MPa条件下）

表1：炉温均匀性测试传感器分度结果

序号	分度号	型号及规格						检定温度点及其对应的温度修正值（℃）
								750		890			1000		1140	1150
13001	N	WRNKT2-171/φ2*2000mm+500NX						-0.6					-1.0			-0.8
13002	N	WRNKT2-171/φ2*2000mm+500NX						-0.9					-1.3			-1.4
13003	N	WRNKT2-171/φ2*2000mm+500NX						-1.1					-1.2			-1.4
13004	N	WRNKT2-171/φ2*2000mm+500NX						-0.7					-0.9			-0.9
13005	N	WRNKT2-171/φ2*2500mm+500NX						-1.9					-2.2			-2.4
13006	N	WRNKT2-171/φ2*2500mm+500NX						-1.0					-1.3			-1.4
13007	N	WRNKT2-171/φ2*2500mm+500NX						-1.3					-0.5			-0.4
13008	N	WRNKT2-171/φ2*2500mm+500NX						-1.2					-1.6			-1.7
13009	N	WRNKT2-171/φ2*3000mm+500NX						-0.3					-0.4			-0.8
13010	N	WRNKT2-171/φ2*3000mm+500NX						-1.0					-1.3			-1.4
13011	N	WRNKT2-171/φ2*3000mm+500NX						+0.4		+0.3			+0.3		+0.2
13012	N	WRNKT2-171/φ2*3000mm+500NX						+0.4		+0.5			+0.4		+0.2
13013	N	WRNKT2-171/φ2*3000mm+500NX						+0.3		+0.1			0		-0.2
平均偏差：								-0.68-		+0.3			0.85		0.07	-1.26
序号修正值温度点（℃）			分度号:S
			φ0.5*720mm+11MSC				φ0.5*650mm				φ0.5*630mm			φ0.5*740mm			平均偏差
			S1-1	S1-2	S1-3	S1-4	S3-1		S3-2		S3-3	S3-4		S3-5
450							+0.1		-0.8		-0.7	0		+0.1			-0.26
590							0		-0.9		-0.8	0		0			-0.34
600			-0.8	-0.7	-0.9	-0.9											-0.83
730							0		-0.9		-0.8	0		0			-0.34
740			-0.8	-0.7	-0.9	-0.9											-0.83
870							-0.1		-0.9		-0.9	-0.3		-0.2			-0.48
880			-0.9	-0.8	-1.1	-1.1											-0.98
1010							-0.2		-1.0		-0.9	-0.3		-0.3			-0.54
1020			-1.0	-0.9	-1.3	-1.2											-1.1
1150							-0.3		-1.0		-0.9	-0.4		-0.3			-0.58
1160			-1.1	-1.0	-1.4	-1.3											-1.2
1200							-0.3		-1.1		-1.0	-0.4		-0.4			-0.64
1300			-1.3	-1.2	-1.6	-1.5											-1.4

3）传感器的zui大允许误差

温度传感器的精度应满足表2要求。其中对系统精度测试传感器的要求非常高，为±0.6℃或±0.1%t。国产Ⅰ级S型偶丝都不能满足此精度。需特殊加工、精选或进口才有可能符合要求。

表2：AMS 2750D用传感器及其校准

传感器	传感器的类型	用途	校验		zui大允许误差
传感器	传感器的类型	用途	周期	参照标准	zui大允许误差
基准	R型和S型	一等标准的校验	使用前，复检：5年	NIST / 基准	无
一等标准	R型和S型	一等标准的校验	使用前，复检：3年	基准	±0.6℃或±0.1%t
二等标准	廉金属或 R型和S型	测试温度传感器的校验	使用前，复检：R型或S型为2年；廉金属为1年	一等标准	廉金属：±1.1℃或±0.4%t 贵金属：±0.6℃或±0.1%t
二等标准	B型	测试温度传感器的校验	使用前，复检：B型为2年	一等标准	B型：±0.6℃或±0.25%t
炉温均匀性测量	廉金属或B型、S型和R型	炉温均匀性测量	使用前，复检 B型、R型或S型为6个月 J型或N型廉金属为3个月其他廉金属不允许复校	一等或二等标准	±2.2℃或±0.75%t
系统精度测试	廉金属或B型、S型和R型	系统精度测试	使用前，复检 B型、R型或S型为6个月 J型或N型廉金属为3个月其他廉金属不允许复校	一等或二等标准	廉金属：±1.1℃±0.4%t R型、S型：±0.6℃或±0.1%t B型：±0.25%t
控制、记录和测试传感器	廉金属或B型、S型和R型	安装在设备上	使用前	一等或二等标准	1类或2类：±1.1℃±0.4%t 3类至6类：±2.2℃或±0.75%t
负载传感器	廉金属或B型、S型和R型	负载温度传感器	使用前，复检 B型、R型或S型为6个月 J型或N型廉金属为3个月其他廉金属不允许复校	一等或二等标准	±2.2℃或±0.75%t

4）传感器的使用寿命

该规范又依据传感器的损耗情况分为：

① 易耗型传感器：编织绝缘的温度传感器（类似于包覆热电偶）

② 非易耗型传感器：铠装或装配式热电偶温度传感器

非易耗型廉金属负载传感器的寿命与使用次数取决于温度（详见表3）。

表3：非易耗型廉金属负载温度传感器的使用寿命

使用温度（t）	zui长使用时间或次数
t>1260℃	1次
1205℃℃	10次
980℃℃	30天或90次
650℃℃	90天或180次
t<650℃	90天或270次

2.1.2温度测量系统的在线校准（SAT）

zui简单的热电偶高温计是由热电偶、补偿导线及仪表等3部分组成。为了确保温度量值的准确可靠，对新制或使用中热电偶进行定期或不定期检定是十分必要的。当前，对于测温系统的检定有两种方式：分立元件检定与整体校准法，依据国家标准，目前只能对构成测温系统的元件及仪表分别进行检定，即必须将使用中热电偶从安装位置上取下来，送*检定，不能对测温系统进行在线整体检定。该离线方式存在如下问题：

1）离线式分立元件检定法的弊端

①检定合格的产品现场使用条件下有时却不合格

△热电偶丝不均质

该种不均质含热电偶材质本身不均质及经使用后腐蚀老化引起热电偶丝材不均质，当处于具有温度梯度的环境必将产生寄生电动势，叠加在总热电动势中而引起误差。

△铠装热电偶的分流误差

铠装热电偶的绝缘物为粉末状MgO，当使用温度超过800℃时，其绝缘强度急剧降低。作者曾实测进口与国产N型铠装热电偶电缆两极间的绝缘电阻（表4），结果表明，使用温度超过1000℃，尤其是超过1200℃，其绝缘强度很低，极易产生分流误差。即出现检定合格，使用不合格的现象。

表4：进口与国产铠装热电偶线缆两极间的绝缘电阻与温度的关系

直径mm 绝缘电阻MΩ 温度℃	进口		国产
直径mm 绝缘电阻MΩ 温度℃	Φ6	Φ3	Φ6	Φ3
30	∞	∞	∞	∞
100	∞	∞	∞	∞
200	∞	∞	∞	∞
300	∞	∞	∞	∞
400	∞	∞	∞	∞
500	∞	∞	∞	9000
600	10000	3240	2720	2190
700	1380	320	236	219
800	160	80	34	31
900	20	20	4.2	1.2
1000	2.3	4.1	0.34	0.14
1100	0.24	0.32	0.045	0.013
1200	0.03	0.03	0.003	0.002

②各元件检定均合格，组合成测温系统其误差却很大

由K型热电偶（Ⅱ级）、补偿导线（普通级）及数显仪表（0.5级）组成的测量系统，当t=1000℃时的综合误差为：

Δ=± = ± =±9.35℃

式中Δ1—热电偶的极限误差（℃）

Δ2—补偿导线的极限误差（℃）

Δ3—仪表的极限误差（℃）

计算结果表明，该系统误差无法满足II类、甚至Ⅲ类热处理炉的技术要求。

2）在线系统校准的允差与校准温度间隔

①允差：廉金属系统精度测试传感器： ±1.1℃或0.4%t

贵金属S型、R型系统精度测试传感器： ±0.6℃或0.1%t

贵金属B型系统精度测试传感器： 0.25%t

zui近为江苏丰东热处理公司制作13支N型传感器（含补偿导线），经沈飞计量中心检定，其平均偏差（含补偿导线）仅为0.85℃（见表1），故该系统精度为：

Δ=± = ± =±1.3℃

式中Δ₁—N型温度传感器的平均误差（℃）

Δ₂—仪表的极限误差（℃）

由此可见，符合AMS 2750D规范的测试传感器，其系统精度可满足II类热处理炉的技术要求。

②校准间隔≤140℃

3）测试传感器校准周期：

①S、R、B型贵金属传感器为6个月

②J、N型廉金属传感器为3个月

③t≥260 ℃，K、E型热电偶不允许重新校准

SATzui长允许校准周期取决于炉子等级及仪表的类型，仪表精度越高，SAT允许校准周期越长。

4）在线校准仪的开发与应用

选取高精度铠装热电偶、补偿导线及数显仪表组成校准仪（图2）。该系统经国家认可实验室校准，每台校准仪均带有校准证书。当现场工业炉窑测温系统需要整体在线校准时，即可用现场的炉窑作为比较热源，采用作者研发的在线校准仪作为标准器，在现场实际工作状态下实现测温系统精度在线校准。具有准确度高，使用方便等优点，现已批量生产多年。

图2：在线温度校准仪

5）带有校准、监测孔的热电偶

对于未预留校温孔的工业炉窑，难以实现在线整体校准。为此，作者开发出带有校准、监测孔的新型热电偶（）。即在热电偶保护管内为插入标准器预留空间（见图3），该种热电偶既可用于炉温的测量与控制，又可在需要进行系统精度在线校准时，提供校准孔，十分方便实用，现已在Ipsen工业炉等诸多单位应用，博得好评。有关在线系统精度校准的理念与实践，作者在AMS 2750D前就已提出并在国内外多家用户实施。目前，正在扩大推广应用领域。

2.2、新型温度传感器的开发与应用

2.2.1高温金属熔体连续测温用新型温度传感器

钢水连续测温

采用MCPT-3型金属陶瓷保护管，为清华大学和洛阳中重集团共同承担的“超大型水轮机铸钢温度测量”课题提供钢水连测用新型温度传感器。

铜、铝、锌液连续测温

采用金属陶瓷保护管，既可以连续又可以间歇式测量铜液温度，已在沈阳造币厂等应用多年。

采用N-SiC或Sialon保护管或特种铸造合金保护管连续或间歇式测量铝、锌、镁熔体温度，已在东大三建工业炉、包铝、宝钢应用。

图4：铜、铝、锌连续测温用温度传感器

3）熔盐温度测量传感器

① 高温盐浴炉连续测温

作者发明的MCPT-4型金属陶瓷保护管，81年经原机械部组织鉴定为*水平。在Bacl2熔盐中经美国试用证明：为美国常用的Inconel或446耐热钢使用寿命的3~5倍。30年来无替代产品问世。

② 间歇式测量熔盐温度

快速测量熔盐温度传感器的特点精度高、响应快、寿命长。现大量出口美国、加拿大等发达国家。

该种传感器的偏差与时间常数检定结果见表5、6

图5：随即抽取150支φ1.6mm K型铠装热电偶的时间常数

	时间常数τ_0.632 单位（ms）										平均值
1~10	219	290	189	193	261	254	238	198	282	213	233.7
11~20	211	280	246	183	142	232	237	289	248	242	231
21~30	275	263	222	324	168	175	245	198	297	307	247.4
31~40	299	211	243	198	174	183	244	274	283	277	238.6
41~50	236	263	198	234	204	241	172	190	207	211	215.6
51~60	193	264	245	230	216	248	233	249	228	174	228
61~70	261	290	274	245	213	166	266	274	243	183	241.5
71~80	254	312	154	169	245	257	282	263	285	234	245.5
81~90	237	213	242	307	277	200	290	211	243	199	241.9
91~100	212	274	238	214	222	298	243	208	289	180	237.8
101~110	249	169	311	209	269	236	205	271	273	225	241.7
111~120	189	310	165	245	231	211	212	286	242	192	228.3
121~130	254	244	257	264	156	301	187	235	314	246	245.8
131~140	213	193	183	321	198	237	212	211	232	268	226.8
141~150	284	301	198	246	261	253	178	268	275	271	253.5
平均值											237.14

数据分析如下：

1.时间常数τ0.632 zui大值为324ms。zui小值为142ms;

2.时间常数τ0.632平均为237.14ms;

图6：K型热电偶在800℃下的偏差

编号日期偏差	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	平均值
2010-1-28	-1.88	-1.7	-0.77	-1.15	-1.6	-1.97	-1.55	-1.29	-1.48	-1.18	-1.46
2010-2-2	-1.82	-1.83	-1.48	-1.08	-1.66	-1.34	-1.67	-0.95	-1.57	-1.45	-1.49
2010-2-4	-0.77	-0.38	-0.79	-0.59	-0.43	-0.01	-0.34	-0.13	-0.29	0.55	-0.32
2010-3-3	-0.9	-1.41	-0.91	-1.25	-1.2	-0.55	-0.78	-0.78	-1.22	-0.8	-0.98
2010-3-4	-0.9	-0.88	-1.02	-0.75	-1.05	-0.53	-0.91	-0.5	-0.72	-0.39	-0.77
2010-3-5	-1.05	-1.02	-1.25	-1.11	-1.59	-0.88	-0.8	-0.73	-0.91	-0.72	-1.01
2010-3-9	-0.72	-0.13	-0.4	-1.14	-0.65	-0.12	-0.35	-0.94	-0.54	-0.5	-0.55
2010-3-16	-0.47	-0.74	-1.03	-0.32	-0.04	-0.4	-0.15	-0.86	-0.27	-0.62	-0.49
2010-3-24	-0.77	-0.58	-0.45	-0.33	-1.09	-0.63	-0.38	-0.25	-0.43	-0.26	-0.52
2010-4-12	-0.01	-1.05	0.51	0.43	-0.46	0.41	0.2	0.92	0.56	0.68	0.22
2010-4-13	0.3	0.4	0.45	0.6	-0.05	0.12	0.43	0.34	0.66	-0.02	0.32
2010-4-29	0.53	0.46	0.34	0.56	0.38	0.64	0.42	0.55	0.57	0.71	0.52
2010-5-26	-1.1	-1.9	-1.47	-1.68	-1.6	-1.23	-1.59	-1.71	-1.94	-1.3	-1.55
2010-6-3	-0.18	0.18	0.64	0.02	-1.73	-1.51	-1.13	-0.12	-0.1	-0.43	-0.44
2010-6-25	-1.45	-1.36	-1.48	-0.98	-1.43	-1.86	-1.66	-1.86	-1.99	-1.63	-1.57
2010-6-26	-1.45	-1.66	-2.51	-1.72	-1.43	-1.39	-1.54	-1.35	-1.79	-1.44	-1.63
2010-7-3	-2.39	-2.43	-1.49	-1.74	-2.13	-1.37	-0.75	-1.73	-0.87	-2.33	-1.72
2010-7-14	0.46	0.95	0.8	0.84	1.09	-1.25	-2.07	-1.25	-0.95	-1.37	-0.28
2010-7-15	-0.21	0.08	-0.02	-0.76	-1.64	0.82	0.29	-0.19	0.74	-2.25	-0.31
2010-7-23	-1.56	-0.73	-1.48	-0.38	-0.94	-0.44	0.03	0.11	0.27	-0.41	-0.55
2010-8-24	-0.22	-0.82	-0.62	0.09	-0.79	-0.6	-0.32	-0.24	-0.63	-1.05	-0.52
2010-8-31	0.13	0.62	-0.07	0.27	-0.27	0.18	0.63	0.17	0.54	0.43	0.26
2010-9-8	-2.48	-2.24	-2.46	-2.53	-2.5	-2.34	-1.89	-2.02	-2.25	-2.51	-2.32
2010-9-16	1.17	0.78	-0.2	0.75	1.68	0.89	0.54	1.13	1.18	1	0.89
2010-9-20	-0.05	0.32	0.44	0.58	0.02	0.21	0.22	0.85	0.32	0.95	0.39
2010-9-26	0.12	0.1	0.08	0.08	-0.2	0.64	0.96	0.57	0.82	0.51	0.37
2010-10-9	0.14	0.02	-0.18	0.22	0.16	0.46	0.54	-0.42	0.43	0.18	0.16
2010-10-12	-1.05	-1.01	-1.09	-1.24	-0.64	-0.77	-0.93	-0.83	-0.96	-0.85	-0.94
2010-10-15	0.42	0.3	0.98	0.91	0.59	1.14	0.8	0.47	0.64	0.6	0.69
平均值											-0.54

数据统计如下（具体数据见附表）：

1.zui大正偏差：+1.68℃；zui大负偏差：-2.53℃

2.zui小正偏差：+0.02℃；zui小负偏差：-0.01℃

3.平均偏差：-0.54℃

结论：以上每支热电偶均满足电工委员会（IEC）及美国ASTM标准要求，符合Ⅰ级。

2.2.2还原性气氛用新型温度传感器

渗碳炉或多用炉新型温度传感器

作者开发的在CO等还原性气氛中应用的复合管型渗碳炉热电偶，已在热处理行业应用十多年，在930~950℃范围内，强还原性气氛下使用寿命超过一年。Ipsen工业炉长期以来一直被多用炉中热电偶使用后变弯失效而困扰，采用本热电偶后，*解决上述问题。为此，Ipsen外方总感谢中国教授为其国产化的贡献。

硅钢退火炉及热轧线上用新型温度传感器

作者正在开发一种新型温度传感器，用于含H₂等还原性气氛，可有效阻止或消除H₂的影响，从而可极大的延长热电偶使用寿命。

2.2.3新型温度、压力双参数多点动态测量系统

辽河油田等超稠油的采收率极低，2004年由加拿大引进SAGD技术及超稠油井下温度、压力双参数多点动态测量系统，每套180多万。作者在维修该系统的同时，开发出新型井下温度、压力双参数多点动态测量系统（2P/6T）。替代进口并成倍提高辽河油田的采收率。

图5：新型温度、压力双参数多点动态测量系统

3、用新型廉金属温度传感器替代贵金属铂铑热电偶的对策与应用

我国工业炉窑的温度测量，尤其是在1300℃以上的高温领域，多采用铂铑系热电偶。每年测温消耗的铂大约500Kg。我国是铂资源贫乏的国家，几乎全靠进口，而且价格不断飙升。为此，作者开展以廉金属温度传感器替代贵金属热电偶的研究与应用。

3.1用廉金属温度传感器替代贵金属铂铑热电偶

新型廉金属温度传感器以WRe热电偶或N型热电偶等作敏感元件，综合考虑温度、气氛（氧化、还原、真空）以及腐蚀等多种因素影响，采取不同材料和结构的保护管制作成的温度传感器。

3.1.1 N型装配式温度传感器

N型装配式温度传感器（见下图6）主要用于工业炉窑中温度测量。采用陶瓷保护管，内装镍鉻硅—镍硅镁（N分度）热电偶，具体技术指标如下：

使用温度：0~1250℃ 准确度：±0.75%t或±0.4%t

该温度传感器用于Ipsen及汇森益发工业炉及余姚冶金设备厂等，2009年仅代铂一项就为用户节约测温成本60多万（详见下表7）

图5：N型装配式温度传感器

表7：用N型装配式温度传感器替代铂铑热电偶的部分业绩

单位	炉型	温度℃	环境	节能节材、降低成本
Ipsen工业炉	多用炉	950	CO	35万
汇森益发工业炉	多用炉	950	CO	6.5万
余姚清华冶金设备厂	熔铜炉	1280	铜及铜合金	2万
鑫磊还原铁粉公司	还原炉	1250	CO	20万
总计	63.5万

3.1.2 N型铠装热电偶

用进口N型铠缆，制成铠装热电偶，主要用于真空炉温度测量，技术指标如下：

使用温度：0~1250℃ 准确度：±0.75%t或±0.4%t

主要用于北京七星华创、江苏丰东热处理、沈阳黎明公司等真空、氧化、还原或两者交替气氛的连续测温。由于N型热电偶的优点及美国AMS 2750D规范的推荐，可以预言zui多要10年N型热电偶将取代现有的K型热电偶，成为廉金属热电偶的主导产品。

3.2用新型钨铼温度传感器部分替代贵金属热电偶

3.2.1、新型WRe温度传感器

1）钨铼热电偶的主要特点

①热电极熔点高（3300℃）、强度大、极易氧化；

②热电动势大、灵敏度高、热电动势率为S型热电偶的两倍，B型3倍；

③价格便宜，仅为S型热电偶的1/20，B型热电偶的1/25；

2）钨铼热电偶的分类

WRe热电偶的种类很多，美国ASTM将其标准等级分为三类：

① 标准化系列：有C型（WRe5-WRe26），其标准化的地位与B、S、R、N、K、J、T、E型成熟热电偶相同。

② 标准热电偶系列：有D型（WRe3-WRe25）

③ 非标体系：有G型（W-WRe26）

国内消耗型热电偶以D型为主，工业用钨铼热电偶则以C型为主。

3）钨铼热电偶的使用气氛

①上*美国ASTM推荐的使用气氛：

真空、惰性气氛及干燥的氢气

②本公司产品特点：

除ASTM推荐的气氛外，还能用于氧化及CO等还原性气氛或两者交替气氛。

4）国产钨铼热电偶热电性能检测与分析

作者同国家*及冶金自动化院合作，采用熔丝法以钯凝固点为检定点温度，对国内仅有的四家钨铼热电偶丝生产厂提供的样品进行分度结果表明，国产WRe丝均已满足±1%t的国家标准，并与接轨，有的还达到±0.5%t，首尾不均匀性偏差小于2.5℃。（表8）

表8：国产WRe热电偶热电性能检测与分析

		冶金自动化研究院			中国计量科学研究院
样品编号	测试点温度	被检偶热电势值	被检偶温度值	温度偏差值	被检偶热电势值	被检偶温度值	温度偏差值	两次测量结果差值
A1145、 A1146	1554.8℃	27.454 mv	1547.4 ℃	-7.4 ℃	27.485 mv	1547.7℃	-7.1 ℃	-0.3 ℃
A1245、 A1246	1554.8℃	27.448 mv	1547.0 ℃	-7.8 ℃	27.469 mv	1548.4℃	-6.4 ℃	-1.4 ℃
B1145、 B2146	1554.8℃	27.714 mv	1564.6 ℃	9.8 ℃	27.697 mv	1563.5℃	8.7 ℃	1.1 ℃
B1245、 B2246	1554.8℃	27.693 mv	1563.2 ℃	8.4 ℃	27.707 mv	1564.1℃	9.3 ℃	-0.9 ℃
C1145、 C1146	1554.8℃	27.678 mv	1562.2 ℃	7.4 ℃	27.669 mv	1561.6℃	6.8 ℃	0.6 ℃
C1245、 C1246	1554.8℃	27.674 mv	1561.9 ℃	7.1 ℃	27.627 mv	1558.8℃	4.0 ℃	3.1 ℃
D1145、 D1146	1554.8℃	27.761 mv	1567.7 ℃	12.9 ℃	27.753 mv	1567.2℃	12.4 ℃	0.5 ℃
D1245、 D1246	1554.8℃	27.761 mv	1567.7 ℃	12.9 ℃	27.780 mv	1568.9℃	14.1 ℃	-1.2 ℃
E1145、 E1146	1554.8℃	27.724 mv	1565.3 ℃	10.5 ℃	27.732 mv	1565.8℃	11.0 ℃	-0.5 ℃
E1245、 E1246	1554.8℃	27.690 mv	1563.0 ℃	8.2 ℃	27.678 mv	1562.2℃	7.4 ℃	0.8 ℃
两次测量结果的差值平均值								0.18℃
两次测量结果的差值标准差								1.35

注：A、B、C、D分别为国内4家钨铼热电偶丝生产厂的代号

5）特种WRe温度传感器与国外产品性能对比

表9：本公司特种WRe温度传感器与国外厂家对比

	美国Ari公司	美国Nanmac	本公司
热电偶分度号	C 、D	C 、D	C 、D
保护管	金属陶瓷MCPT	Mo、Ta管；Al₂O₃；ZrO₂；Mo+W涂层	Cr、Mo基金属陶瓷；陶瓷；Ta、W、SiC、SiC—Si₃N₄、石墨、Al₂O₃
绝缘材料	Al₂O₃	Al₂O₃	MgO、BN、Al₂O₃
使用温度范围℃	0~1600	0~2000	0~2000
精度	±1%t	±1%t	±1%t
应用范围	燃气化炉、硫化炉	真空、抗渗碳	真空10^-1~10^-5Pa、氧化、还原、或两者交替、强腐蚀、抗热冲击
价格	贵	贵	进口传感器的1/2~1/5
钼管规格		φ3~φ10	φ3~φ16

6）特种WRe温度传感器

①钨铼热电偶防氧化技术有：抽空或充惰性气体及实体化技术。

②特种WRe温度传感器防氧化技术的创新与突破

特种WRe温度传感器在实体化技术的基础上，在上*添加功能材料，进一步提高钨铼热电偶的抗氧化性，现已获得国家发明。2008年经辽宁省*组织专家鉴定认为：“在设计理念上具有原创性，在氧化及还原气氛中应用居水平”。本公司产品与国外厂家对比见表7，2009年荣获中国仪器仪表学会科技二等奖，并作为科技成果收录在2008~2009年国家科技发展报告中。现有用户260多家，累计销量超万支。

3.2.2、特种WRe温度传感器的应用

1）氧化性气氛

在温度为1200℃~1800℃范围内的氧化性气氛中，采用高纯Al₂O₃复合管型特种WRe温度传感器（图6），用于陶瓷及耐火材料行业，进行大量现场试验研究。其中在锦州烧制铬刚玉砖的梭式窑中（温度为1450℃），原采用B型热电偶，自2008年起用我公司特种WRe温度传感器取代，使用寿命接近B型（见表10），但价格为B型的1/10，用户很满意。目前，国外在氧化性气氛的工业现场应用钨铼热电偶尚未见报道。

图7：双层刚玉保护管的特种WRe温度传感器

表10：特种WRe温度传感器使用寿命

单位	炉型	温度	环境	寿命（月）
氮化制品有限公司	氮化合成炉	1400℃	N₂	3
新钢钒股份公司	TBY炉	1600℃	N₂+CO	2
云星工业陶瓷有限公司	高温烧成炉	1800℃	氧化	0.5~1.5
宏元稀有材料有限公司	真空炉	1500℃	CO+ N₂	7
玻璃研究院	连续开放式平推炉	1800℃	H₂	27
铁合金工商实业公司	梭式窑	1450℃	氧化	12

2）还原性气氛

VN合金生产温度为1600℃，CO、N₂等还原性气氛并有强碱熔体腐蚀的工业环境，采用“三高”石墨管复合结构的特种WRe温度传感器（见图8），其寿命为普通WRe热电偶5倍，该种传感器已应用近10年。

图8：石墨管复合结构的特种WRe温度传感器

真空

普通的热电偶，由于没有严格密封措施，达不到真空系统要求，而且当保护管破损时，将使真空炉内外相通，致使发热体等氧化，损失惨重。

作者研发的新型温度传感器，采用单层或双层实体化结构（见图9），并严格密封。可满足超高真空度10^-5Pa的要求，其单价仅为铂铑热电偶的1/6，进口真空炉用热电偶的1/13。现已成功在北京、天津及沈阳等用于替代进口真空炉用热电偶，并获得国外同行认可。

图9：真空用特种WRe温度传感器

4、结语

为了适应过程自动化发展，针对我国航空、航天工业的需求，尤其为满足美国AMS 2750D要求以及高温、真空、还原气氛及高温金属熔体等强腐蚀环境急需的温度传感器。作者锲而不舍致力于新型温度传感器的开发与应用。不仅可以替代进口，有的还可出口美国、加拿大等发达国家，又用廉金属温度传感器替代贵金属铂铑热电偶，不仅节能节材，又能节汇，具有良好的经济效益及显著的社会效益。