錸含量對鎢錸熱電偶電勢值的影響
發布時間：2020-11-03
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摘要:
鎢錸熱電偶的偶絲在生產過程中會出現不同程度的錸損耗，導致電偶絲配對具有偶然性和不可預測性。通過對錸含量對電勢值的影響進行分析和研究，得到其中的對應關系，提高了電偶絲配對成功率和精度。
隨著科學技術的不斷發展，熱電偶已成為溫度測量領城中應用廣泛的感溫元件。自1931年Coodecke首次研制出鎢錸熱電偶以來，因其具有測溫上限高、熱電勢值大、成本較低等優點，被廣泛應用于鋼鐵冶金、航空航天、核工業等高溫測溫領域。為提高鎢錸熱電偶熱電勢穩定性和測溫精度，國內外的研究學者做了大量的研究，也取得了一些成果。美國和俄羅斯對鎢錸熱電偶的研究較早，早在1979年美國正式頒布了鎢錸熱電偶技術條件ASTME696--79。
從20世紀60年代開始，我國已有多家的科研單位和公司可以生產鎢錸合金熱電偶，在技術和工藝生產上在不斷的改進。同時我國在鎢錸熱電.偶領域內也頒布了一系列的國家標準和行業標準，指導行業向更有序和優良的方向發展。
試驗方法
1.1試驗原料及鎢錸絲制備.
原料:高純錸酸銨盹度≥99.99%)，鎢粉盹度≥99.95%)。對成分進行設計，在經配料、垂熔、旋鍛、拉絲、退火等工藝制備鎢錸合金絲。
1.2熱電勢檢測及數據處理
標定爐采用ATL4500檢定爐，使用Agilent34970A檢測電勢值;利用ICP檢測方法檢測化學成分。
熱電勢性能參照標準JJF1176--2007進行檢測，檢測900~1400℃范圍內整溫度值的電勢值，檢測方法主要采用同名極比較法進行檢測。當同名極比較法所比對的兩個熱電極，其化學成分及物理性能不完全一致時，會產生微差熱電勢，該方法可以快速地測定出不同電極電勢差值。將被檢測的鎢錸絲與標準電偶絲在一端使用氬弧焊點焊接，將試樣置于有氣氛保護的檢定爐中，通過補償導線接到檢測設備中，得到熱電勢值。
2試驗結果及分析
2.1標準絲不均勻電動勢的測量
檢測用的標準絲為W-5Re合金絲，絲徑0.5mm,ICP檢測含錸量為4.96%，以標準絲做為基準電勢。標準絲的不均勻電動勢對實驗的精度有重大的影響，因此在使用時，需要檢定標準絲的不均勻熱電動勢，排除標準絲對被檢測絲的影.響。取標準絲的頭端和尾端組成熱電偶回路，檢測在900~1400℃不同溫度下的不均勻電動勢。如表1所示，標準絲的不均勻電動勢<10μV，完全滿足實驗要求。
2.2錸含量對鎢錸熱電偶熱電勢的影響
配置不同的錸含量的鎢錸粉，并經相同的工藝，制備不同錸含量的W-5Re的單極偶絲(表2)。被測絲分別與標準絲組成熱電偶回路，在溫度900~1400℃條件下進行標定，測得相對于標準W-5Re絲的電勢值，如表3所示。
表3中的電勢值表征了不同錸含量的鎢錸絲接觸電動勢的大小。從實驗數據中可以看出，在W-5Re的電偶絲中，錸含量的增加降低了電極絲的電勢值，呈現負偏離，并且在數值上與錸含量呈現正相關。同時溫度的升高也進一步降低了電勢值。熱電偶回路熱電勢簡圖如圖1所示。
熱電偶回路熱電勢由接觸電動勢和溫差電動勢組成:E
AB(T,T
0)=e
AB(T)+e
B(T,T
0)-e
AB(T
0)-e
A(T,T
0)式中:e
AB(T)為熱端接觸電勢;e
B(T,T
0)為B導體溫差電勢;e
AB(T
0)為冷端接觸電勢;e
A(T,T
0)為A導體溫差電勢;在總電勢E
AB(T,T
0)中,溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計，則熱電偶的熱電勢可表示為:E
AB(T,T
0)=e
AB(T)+e
B(T,T
0)-e
AB(T
0)。顯然熱電動勢的大小與組成電偶的導體兩材料和接點的溫度有關，取決于接觸電勢。接觸電動勢的大小與接點處溫度高低和導體的電子密度有關，溫度越高，接觸電動勢越大;兩導體的電子密度的比值越大，接觸電動勢越大。金屬錸元素比鎢有更高的自由電子密度，因此錸含量的增加導致鎢錸絲中導體的自由電子密度增大，因此，自由電子密度的增大絲材向負電勢偏離，錸含量的增加導致鎢錸絲電勢數值的增大。
進一步對檢測結果進行分析，擬合900、1200和1400℃溫度下不同錸成份和電勢值的關系曲線，如圖2所示。經數據擬合后，不同含量的錸成份與電極電勢值有較好的線性關系，這對以后的指導生產有重要作用
3結束語
微調W-5Re電偶絲的錸含量，得到錸含量對鎢錸電偶絲電勢值的影響，并分析其影響機理。隨著錸含量的增高，單極絲電勢出現了負偏離，通過對不同錸含量的電勢值的檢測，擬合出不同溫度條件下的錸成分和電勢值的關系曲線。此項實驗研究可以極大提高鎢錸電偶絲配對的成功率和電勢精度，同時可以滿足客戶對鎢錸電偶絲定制化需求，促進鎢錸電偶絲測溫行業里的應用。
