鎧裝貴金屬熱電偶測(cè)量端位置的確定方法

侯運(yùn)安，趙雪茹，王兵利，蘇劍

(西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固耐用，測(cè)溫范圍寬，測(cè)溫精度高，機(jī)械強(qiáng)度及耐壓性能好，能彎曲，能在高低溫、腐蝕性強(qiáng)等惡劣條件下安全使用等特性，被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、航天、航空等溫度控制和測(cè)試領(lǐng)域。鎧裝貴金屬熱電偶通常和顯示儀表、變送器及電子調(diào)節(jié)器配套使用組成測(cè)溫或過(guò)程控制系統(tǒng)。

由于鎧裝貴金屬熱電偶偶絲位于保護(hù)管內(nèi)部，通過(guò)肉眼無(wú)法準(zhǔn)確辨識(shí)出電偶測(cè)量端位置，因而鎧裝貴金屬熱電偶在校準(zhǔn)和使用過(guò)程中會(huì)引入一定的測(cè)量誤差。為了進(jìn)一步提高鎧裝貴金屬熱電偶校準(zhǔn)及使用時(shí)的準(zhǔn)確度，本文提出了一種利用X 光照相檢測(cè)技術(shù)對(duì)此類(lèi)電偶測(cè)量端進(jìn)行準(zhǔn)確定位后進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。

1 鎧裝貴金屬熱電偶結(jié)構(gòu)

鎧裝貴金屬熱電偶是將熱電偶絲用無(wú)機(jī)物絕緣及金屬或陶磁套管封裝，壓實(shí)成堅(jiān)實(shí)的組合體。常用鎧裝貴金屬熱電偶的結(jié)構(gòu)型式見(jiàn)圖1。

圖1 鎧裝貴金屬熱電偶實(shí)物及結(jié)構(gòu)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(hù)管內(nèi)的測(cè)量端位置無(wú)法準(zhǔn)確定位，這會(huì)對(duì)熱電偶的校準(zhǔn)和使用造成兩方面的影響。

第一，根據(jù)JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》要求，鎧裝熱電偶校準(zhǔn)過(guò)程中應(yīng)使鎧裝貴金屬熱電偶測(cè)量端和標(biāo)準(zhǔn)電偶測(cè)量端位于同一個(gè)徑向截面上，如圖2所示。由于鎧裝熱電偶測(cè)量端的具體位置無(wú)法知曉，通常校準(zhǔn)時(shí)默認(rèn)測(cè)量端在外保護(hù)管的底部，將鎧裝貴金屬熱電偶外護(hù)管底部和標(biāo)準(zhǔn)電偶外保護(hù)管底部位于同一個(gè)徑向截面上進(jìn)行捆扎后校準(zhǔn)，由于被校鎧裝熱電偶測(cè)量端位置的不確定性，往往導(dǎo)致校準(zhǔn)時(shí)被校鎧裝熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測(cè)量端不在同一個(gè)徑向截面上，如圖3所示。這必然會(huì)增加校準(zhǔn)時(shí)爐溫場(chǎng)不均勻引入的誤差。

圖2 校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的熱電偶測(cè)量端位置示意圖

圖3 實(shí)際校準(zhǔn)中熱電偶測(cè)量端位置示意圖

第二，在利用鎧裝貴金屬熱電偶進(jìn)行熱電偶檢定爐爐溫均勻性測(cè)試過(guò)程中，要求把熱電偶測(cè)量端準(zhǔn)確布放在規(guī)定的測(cè)溫點(diǎn)位置，由于不能對(duì)鎧裝貴金屬熱電偶測(cè)量端準(zhǔn)確定位，測(cè)量過(guò)程中一般默認(rèn)電偶外保護(hù)管底部就是測(cè)量端，那么在爐溫均勻性檢測(cè)過(guò)程中，會(huì)對(duì)熱電偶檢定爐有效工作區(qū)尺寸測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差，造成不必要的重復(fù)測(cè)試從而浪費(fèi)資源。

2 X 光照相檢測(cè)技術(shù)

為解決鎧裝貴金屬熱電偶在校準(zhǔn)和使用過(guò)程中存在的上述問(wèn)題，我們通過(guò)X 光照相檢測(cè)技術(shù)對(duì)其測(cè)量端進(jìn)行準(zhǔn)確定位。X 射線是一種波長(zhǎng)很短、頻率很高的電磁輻射，其檢測(cè)原理是利用X 射線所具有的較強(qiáng)的穿透能力。穿透被測(cè)物的射線帶有反映被測(cè)物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，通過(guò)射線強(qiáng)度的變化來(lái)檢測(cè)與評(píng)判材料或工件內(nèi)部各種宏觀或微觀缺陷的性質(zhì)、大小和分布情況。

對(duì)熱電偶測(cè)量端位置檢測(cè)時(shí)我們選用的是450 型X 光檢測(cè)儀。首先將鎧裝熱電偶外套管進(jìn)行清理，避免表面雜質(zhì)對(duì)X 光照相檢測(cè)儀成相質(zhì)量造成影響，同時(shí)接通450 型X 光檢測(cè)儀電源，待數(shù)顯電壓表示值穩(wěn)定后將被測(cè)熱電偶放置在X 射線管與像增強(qiáng)器之間，調(diào)整數(shù)顯面板上的電流和電壓調(diào)節(jié)旋鈕，直到可以看到保護(hù)管內(nèi)部結(jié)構(gòu)位置，此時(shí)即可判定出熱電偶測(cè)量端的位置。

通過(guò)X 光照相發(fā)現(xiàn)，每支鎧裝貴金屬熱電偶的測(cè)量端同其外護(hù)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(chǎng)的長(zhǎng)度只有20 mm，上述距離差異不僅使被校鎧裝熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測(cè)量端無(wú)法位于同一徑向截面上，而且有可能使熱電偶的測(cè)量端在校準(zhǔn)過(guò)程中位于檢定爐的有效均勻溫場(chǎng)之外。

圖4 X 光照相檢測(cè)技術(shù)確定的測(cè)量端

利用X 光照相檢測(cè)技術(shù)對(duì)鎧裝貴金屬熱電偶測(cè)量端準(zhǔn)確定位后，可以在熱電偶外保護(hù)管上標(biāo)示出每支熱電偶測(cè)量端距外保護(hù)管底部的距離，作為校準(zhǔn)和使用過(guò)程中確定測(cè)量端位置的依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，校準(zhǔn)時(shí)還要對(duì)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(biāo)記的測(cè)量端位置與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測(cè)量端位置對(duì)齊進(jìn)行捆扎，這樣可確保被檢和標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量端位于同一徑向截面上。

3 X 光照相檢測(cè)技術(shù)使用前后校準(zhǔn)結(jié)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(jìn)行被校鎧裝熱電偶測(cè)量端位置定位)和改進(jìn)后的方法(使用X 光照相檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行被校鎧裝熱電偶測(cè)量端位置定位)在銅點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，將前后兩次方法在銅點(diǎn)的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，結(jié)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(zhǔn)結(jié)果相差至少1℃。

另外，通過(guò)采用X 光照相檢測(cè)技術(shù)對(duì)鎧裝貴金屬熱電偶測(cè)量端進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，在爐溫均勻性測(cè)試過(guò)程中我們也可以更加準(zhǔn)確地將鎧裝貴金屬熱電偶測(cè)量端布放在規(guī)定的測(cè)溫位置，避免了有效加熱區(qū)擴(kuò)大造成的重復(fù)測(cè)試。

表1 未進(jìn)行被校鎧裝熱電偶測(cè)量端位置定位的校準(zhǔn)結(jié)果

表2 使用X 光照相檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行被校鎧裝熱電偶測(cè)量端位置定位后的校準(zhǔn)結(jié)果

表3 兩種測(cè)量方式的測(cè)量結(jié)果比對(duì)

通過(guò)上述改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比得出結(jié)論:準(zhǔn)確測(cè)量鎧裝貴金屬熱電偶的實(shí)際測(cè)量端位置對(duì)于熱電偶校準(zhǔn)結(jié)果的影響很大，故校準(zhǔn)前對(duì)鎧裝貴金屬熱電偶測(cè)量端位置的確定是必要的。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鎧裝貴金屬熱電偶進(jìn)行X 光片拍攝，獲得鎧裝貴金屬熱電偶測(cè)量端在鎧裝外保護(hù)管內(nèi)具體位置的校準(zhǔn)方法，從根本上解決了鎧裝貴金屬熱電偶校準(zhǔn)時(shí)由于測(cè)量端位置不準(zhǔn)確對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果帶來(lái)的影響，避免了因校準(zhǔn)結(jié)果的不確定性造成的對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果誤判的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］國(guó)家質(zhì)量檢督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF1262-2010 鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

［2］國(guó)家質(zhì)量檢督檢驗(yàn)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(guó)質(zhì)檢出版社，2013.

［3］國(guó)家質(zhì)量檢督檢驗(yàn)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.