铂铑热电偶的技术标准及CQI9的要求

技术文章 1253

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01.S型热电偶:铂铑10-铂热电偶

铂铑10-铂热电偶(S型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(SP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为10%,含铂为90%,负极(SN)为纯铂,故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。

S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点。它的物理,化学性能良好,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好,适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能,符合国际使用温标的S型热电偶,长期以来曾作为国际温标的内插仪器,“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器,但国际温度咨询委员会(CCT)认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。

S型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏度低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。

02.R型热电偶:铂铑13-铂热电偶

铂铑13-铂热电偶(R型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(RP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为13%,含铂为87%,负极(RN)为纯铂,长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。

R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点。其物理,化学性能良好,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好,适用于氧化性和惰性气氛中。由于R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当,在我国一直难于推广,除在进口设备上的测温有所应用外,国内测温很少采用。1967年至1971年间,英国NPL,美国NBS和加拿大NRC三大研究机构进行了一项合作研究,其结果表明,R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶均好,我国目前尚未开展这方面的研究。

R型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏度低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。

03.B型热电偶:铂铑30-铂铑6热电偶

铂铑30-铂铑6热电偶(B型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(BP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为30%,含铂为70%,负极(BN)为铂铑合金,含铑为量6%,故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃,短期最高使用温度为1800℃。

B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长,测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中,也可短期用于真空中,但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿,因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。

B型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏度低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。

04.K型热电偶:镍铬-镍硅热电偶

镍铬-镍硅热电偶(K型热电偶)是目前用量最大的廉金属热电偶,其用量为其他热电偶的总和。正极(KP)的名义化学成分为:Ni:Cr=90:10,负极(KN)的名义化学成分为:Ni:Si=97:3,其使用温度为-200~1300℃。

K型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜等优点,能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用。

K型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛中。

05.N型热电偶:镍铬硅-镍硅热电偶

镍铬硅-镍硅热电偶(N型热电偶)为廉金属热电偶,是一种最新国际标准化的热电偶,是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的。它克服了K型热电偶的两个重要缺点:K型热电偶在300~500℃间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定;在800℃左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。

正极(NP)的名义化学成分为:Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4;

负极(NN)的名义化学成分为:Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1;

其使用温度为-200~1300℃。

N型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜,不受短程有序化影响等优点其综合性能优于K型热电偶是一种很有发展前途的热电偶。

N型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛中。

06.E型热电偶:镍铬-铜镍热电偶

镍铬-铜镍热电偶(E型热电偶)又称镍铬-康铜热电偶,也是一种廉金属的热电偶,正极(EP)为:镍铬10合金,化学成分与KP相同,负极(EN)为铜镍合金,名义化学成分为:55%的铜,45%的镍以及少量的锰,钴,铁等元素。该热电偶的使用温度为-200~900℃。

E型热电偶热电动势之大,灵敏度之高属所有热电偶之最,宜制成热电堆,测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏,宜用于湿度较高的环境。E热电偶还具有稳定性好,抗氧化性能优于铜-康铜,铁-康铜热电偶,价格便宜等优点,能用于氧化性和惰性气氛中,广泛为用户采用。

E型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性气氛中,热电势均匀性较差。

07.J型热电偶:铁-铜镍热电偶

铁-铜镍热电偶(J型热电偶)又称铁-康铜热电偶,也是一种价格低廉的廉金属的热电偶。它的正极(JP)的名义化学成分为纯铁,负极(JN)为铜镍合金,常被含糊地称之为康铜,其名义化学成分为:55%的铜和45%的镍以及少量却十分重要的锰,钴,铁等元素,尽管它叫康铜,但不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜,故不能用EN和TN来替换。铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-200~1200℃,但通常使用的温度范围为0~750℃。

J型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,价格便宜等优点广为用户所采用。

J型热电偶可用于真空,氧化,还原和惰性气氛中,但正极铁在高温下氧化较快,故使用温度受到限制,也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中。

08.T型热电偶:铜-铜镍热电偶

铜-铜镍热电偶(T型热电偶)又称铜-康铜热电偶,也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极(TP)是纯铜,负极(TN)为铜镍合金,常之为康铜,它与镍铬-康铜的康铜EN通用,与铁-康铜的康铜JN不能通用,尽管它们都叫康铜,铜-铜镍热电偶的盖测量温区为-200~350℃。

T型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,价格便宜等优点特别在-200~0℃温区内使用,稳定性更好,年稳定性可小于±3μV,经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递。

T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差,故使用温度上限受到限制。


二、CQI-9 热电偶标准要求

3.1.1 热电偶的应用

3.1.1.1 根据热电偶的预期用途选择合适的热电偶。在热电偶作为过程控制因素的工艺过程中,应考虑到可能对热电偶性能产生影响的变量。包括但不局限于:大气、温度、电子干扰等。

3.1.1.2 热电偶的温度范围或最高温度上限应参照如ASTME230,IEC60584-1,或其他国家标准发布的指南或手册,以及热电偶制造商提供的标准。

3.1.1.3 所有的热电偶应该遵从表 3.1.1,3.1.2,3.1.3,3.1.4 和 3.1.5中描述的要求。

3.1.1.4 补偿导线不可重叠连接。而连接器、插销、插孔和终端带在兼容的情况下是允许重叠连接的。


3.1.2  热电偶校准

3.1.2.1 应根据美国国家标准与技术研究院(NIST)或其他国家及校准机构,如 PTB(德国)的校准标准进行校准。所有的校准宽限期是两周。

3.1.2.2 热电偶应在初次使用和应用中定期针对温度范围进行校准。校准的温度间隔不应该超过150℃或 250℉。参照表3.1.1,3.1.2,3.1.3 和 3.1.4 中适用的热电偶校准和替代要求。

3.1.2.3 校准证书应该包含下列细节:实际的测试温度读值、名义上的测试温度、每一个校准温度测试点相对应的修正因子、校准人姓名以及使用的校准方法。

3.1.2.4 允许在校准测试点之间插入修正因子。对于高于最高校准温度或低于最低校准温度的值不需要去考虑校准。

3.1.2.5 由外部提供校准的应该遵循ISO/IEC17025 或其他相等的国家级标准。有内部校准的应该遵循 ISO/IEC17025 中的意图或其他相等等级的国家标准。内部校准对应的人员的培训和资质的文件应该被保存,便于内部人员核实。

3.1.2.6 热电偶可以单个的校准,或由校准线圈制作而成,后者要求必须是线圈的两端都可以进行抽样检查。热电偶的精确要求可参照表 3.1.1,3.1.2,3.1.3 和 3.1.4。


3.1.3  热电偶再使用

3.1.3.1 任何热电偶被投入运行的日期都应该记录。表3.1 和 3.1.5 中有具体要求描述。

3.1.3.2 热电偶的“使用”被定义为热电偶加热、冷却的一个循环周期(见术语)。一个热电偶被使用的最大次数参见表 3.1.5。

3.1.3.3 已损坏的热电偶或非消耗性的廉金属热电偶用于SAT 和 TUS 的不能再使用。

3.1.3.4 对于K 型和 E 型测试用热电偶的再使用,插入的深度应该与之前使用相同深度或更深。

非损耗性热电偶。

热电偶应该在任何需要替换的时候进行替换,例如SAT 结果失败或者热电偶损坏了。但是,正常情况下热电偶至少要根据如上表的时间要求进行替换。

廉金属热电偶不需被再校准。

贵金属热电偶型号为B、R、S 的可以用再校准替代替换这已过程。

该表不适用与负荷传感热电偶。(见表3.1.4和3.1.5)。


3.1.4 热电偶材料类型定义

3.1.4.1 廉金属热电偶:由廉金属及其合金为主要成分组成的热电偶。常见的廉金属热电偶的例子包括 E,J,K,N 和 T;

3.1.4.2 贵金属热电偶:其元件是有铂或铂铑合金(B,R 和 S 型)制造而成的热电偶。

3.1.4.3  一级标准:参照一定数量的同类参考标准校准建立的测量标准,并符合表3.2.1 的要求。通常用于二级标准工具或现场测试仪器的校准;

3.1.4.4 一级标准热电偶:符合表3.1.2 要求的测试热电偶,一级标准热电偶校准依据NIST 或其他国家机构进行校准。

3.1.4.5 二级标准:符合表3.2.1 要求的,参照同类数量初级标准校准而建立的测量标准。通常用于现场测试仪器的校准。

3.1.4.6 二级标准热电偶:一种测试热电偶,符合表3.1.2 当中二级标准热电偶的要求,校准符合NIST 或者其他国家校准机构.

一级标准热电偶与一级标准仪器应被用于校准二级标准热电偶。

仅限于校准温度均匀性、系统精确度及控制、记录、监控、负载热电偶。

型号 R 和S 的贵金属热电偶校准以 NIST(或同等)标准为参考标准。不允许任何错误。

廉金属热电偶不需被再校准。

包括作为控制热电偶的负载热电偶传感器。

非损耗性廉金属用于高于980℃(1800℉)的最大使用次数是 90 次,其中应当包括热电偶测量的任何以前或以后的温度读数。

如果用于TUS 和 SAT 的非损耗性廉金属热电偶,如果没有使用次数的的记录,那么热电偶须在 6 个月后更换。

如果热电偶没有显示外观退化,用于符合传感的消耗廉金属可以被允许多次使用。这要求出具文件,以表明其合格。

如果热电偶没有显示外观退化,用于符合传感的非损耗廉金属可以被允许多次使用。这要求出具文件,以表明其合格。


3.1.5 消耗与非消耗型热电偶定义

3.1.5.1 负荷传感器:向控制、监控、记录或现场测试仪器提供生产材料温度的热电偶。这些热电偶可以附着到、插入或埋在生产材料中。

3.1.5.2 消耗热电偶:用陶瓷纤维布、玻璃编织或聚乙烯材料隔热的热电偶丝。最常见的是缠绕在线轴上。

3.1.5.3 非消耗性热电偶:在裸热电偶限外有瓷绝保护管的热电偶,或放置在氧化镁矿物绝缘的热电偶导线和用金属氧化镁包皮包裹的热电偶。


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