[其他]雙石墨纖維熱電偶

無效

• 申請號: 85103717
• 申請日: 1985-05-07
• 公開（公告）號: CN85103717A
• 公開（公告）日: 1986-11-05
• 發明（設計）人: 王好勇
• 申請（專利權）人: 山東省冶金研究所
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;H01B3/00
• 代理公司: 山東省專利服務處
• 代理人: 張守琪

本發明是對金屬熱電偶的一種技術改進。

決定熱電偶的應用范圍和使用壽命的因素主要有兩個。一個是偶絲的材質，另一個是偶絲的封裝保護技術;而封裝保護技術對偶絲的保護程度又取決于絕緣體和保護套管的材料，以及保護套管的組裝方法。

目前，工業上廣泛應用的熱電偶都是金屬偶絲，這種偶絲熔點較低，不耐腐蝕、抗磁場干擾性能差，有的價格則十分昂貴（例如鉑銠偶絲等）。近幾年，國際上對非金屬熱電偶的研究雖然早已開展，但據已有資料表明效果并不顯著，例如1982年法國獲得專利號為FR78306-A的微型石墨纖維熱電偶，在非氧化氣氛中能測量2000℃以上的高溫，但能否在氧化氣氛中使用則未見闡述。國內最先研究石墨熱電偶的是包鋼鋼鐵研究所，其次有蘭州炭素廠、鞍鋼計量處及唐山鋼鐵研究所等也曾做過這項研究，但其采用的工藝方法均與本發明不同，而且這些單位都因人力、物力等多方面的困難因素而未能持續進行。

在熱電偶的現有封裝技術中，國外多數采用二氧化鋯和剛玉管等作為絕緣體的材料，少數發達國家則采用熱壓氮化硼和粉狀絕緣陶瓷;而保護套管的材料在1150℃以下測溫多用碳鋼或不銹鋼，在1300～1800℃測溫時多用高溫陶瓷和金屬陶瓷，有的采用碳化硅、二硼化鋯、氧化釷等。在核工業和航天工業發達的國家，多采用石墨作保護管。這些材料多數是不耐高溫（使用溫度在1800℃以下），不耐腐蝕（不能在高溫強蝕介質中連續測溫），不耐熱震，溫感滯后，熱貫性大、壽命短、成本高;少數則因其他缺點，例如氧化釷有放射性，氧化鈹有劇毒，人們對其不感興趣。石墨雖有較好的應用效果，但因其未進行防氧化研究而不能用于中、高溫氧化氣氛，國內常用的保護套管多屬陶瓷和不銹鋼，近年雖有金屬陶瓷的套管問世，但其耐腐蝕性、抗氧化性、抗熱震性以及規格尺寸等都還存有一定的缺陷，至于套管的組裝方法，目前國內外絕大多數只采用外保護管加內絕緣管，式樣單一、品種少、規格不全，這種套管多數不耐腐蝕、不耐熱震，不能滿足石墨熱電偶套管封裝的綜合要求，更不能在非吸碳高溫導體介質中進行開頭封裝。

本發明的目的是針對現有熱電偶的缺點，為顯著提高熱電偶的綜合性能和使用壽命而研制一種能在氧化氣氛和非氧化氣氛，以及在強腐蝕和強磁干擾等各種條件的高溫液態介質中連續進行測溫的非金屬熱電偶。

附圖1是本發明產品的一般封裝結構示意圖，附圖2是外套管涂層加溫固化的溫度與時間曲線圖，附圖3的（A）和（B）是用作開頭封裝和閉頭封裝的絕緣體的兩種加工形狀示意圖。

本發明產品的主要技術內容是根據美國謝發德等人關于石墨物體經過滲硼處理以后硼原子滲入石墨晶格點陣中取代碳原子質點，形成P型置換式半導體結構，因而熱電性能十分定的理論，用一種化學纖維，（例如聚丙烯晴纖維）經過石墨化和滲硼處理以及封裝保護，制成一種非金屬熱電偶。其具體的工藝過程如下：

1.化學纖維的強化石墨化，將化學纖維碳化后再進行3000℃以上的電阻發熱高溫速燒，使化學纖維成為石墨晶體的結構。

2.石墨纖維的熱浴滲硼處理：先將濃度為2～10%的硼化物水溶液加熱至沸點，再將石墨纖維置入沸騰后的硼化物水溶液中，經過不超過一小時的熱浴后取出烘干。

3.熱電勢的標定或分度：采用與金屬電偶絲相同的標定與分度法，對石墨纖維和滲硼石墨纖維進行熱電勢的標定或分度。

4.電偶絲的復合封裝（參見附圖1）：

（1）將純度在98%以上，粒度在200目以下的剛玉粉，用磷酸和水混合攪拌成均勻的泥漿，加溫到75～85℃以后，在常溫下困料一個星期。困料期間隨時用耐腐蝕棒攪拌，使磷酸與剛玉粉充分反應。

（2）將經過困料后的泥漿置于塑料容器中，并將外套管〔1〕放入泥漿中浸泡24小時以上。

（3）將外套管〔1〕從泥漿中取出，并對內外表面的泥漿涂層〔2〕進行加工整形。

（4）將整形以后的外套管〔1〕放入烘箱內升溫固化。固化溫度與時間的曲線如附圖2所示。

（5）根據封裝形式的需要，按照附圖3所示的（A）或（B）的形狀，對絕緣體進行加工。

（6）對石墨纖維進行高溫絕緣防氧化保護層的處理。

（7）按照要求的封裝形式，將絕緣體〔3〕放入外套管〔1〕的內腔中，再將電偶絲〔5〕放入比外套管〔1〕的直徑小的內套管〔4〕的內腔中，接好熱端接點〔7〕，而后將裝有偶絲〔5〕的內套管〔4〕放入絕緣體〔3〕內，并將內套管〔4〕的內腔和外套管〔1〕的內腔中用充填料〔6〕填實，最后接好冷端接點。