熱電偶在真空熱處理爐中的應用及選擇
首先介紹了真空熱處理爐(0~1300℃加熱區間)中溫度的關(guān)鍵部件熱電偶的結構以及在真空熱處理爐中熱電偶的類(lèi)型、優(yōu)缺點(diǎn)。然后總結了目前國內在這一溫段真空熱處理爐所用的熱電偶的類(lèi)型、選擇方法、性?xún)r(jià)比。對比了高溫段國外真空熱處理爐選用的熱電偶與國內的不同。最后介紹了熱電偶保護管的類(lèi)型及各類(lèi)保護管在真空熱處理爐中的應用。通過(guò)分析可以讓大家對熱電偶有更加深刻地了解，在生產(chǎn)應用中能根據實(shí)際情況選擇合適的熱電偶，為企業(yè)節約生產(chǎn)成本。
真空熱處理技術(shù)具有無(wú)氧化、無(wú)脫碳、表面質(zhì)量好等突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)熱處理的工件，在耐磨性、耐腐蝕性等方面有很大的進(jìn)步。真空熱處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于各種設備關(guān)鍵部件的處理，是軍品、民品中關(guān)鍵的熱處理技術(shù)，所以說(shuō)真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為真空熱處理技術(shù)已經(jīng)成為當前先進(jìn)的熱處理生產(chǎn)技術(shù)的主要標志，在近幾年來(lái)真空熱處理技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。真空熱處理爐是真空熱處理的必要條件，真空熱處理的兩大重要指標是真空和溫度。本文主要淺談下在真空熱處理爐的溫度控制的關(guān)鍵部件：熱電偶，包括熱電偶的結構、熱電偶的型號、熱電偶的選擇及應用。
1、熱電偶的結構
熱電偶的結構主要是由四大件構成：熱電偶偶絲、絕緣套管、保護管及接線(xiàn)盒，其結構如圖1所示。
圖1 熱電偶結構
其中，接線(xiàn)盒主要是連接熱電偶與補償導線(xiàn)使用;保護管是為了使熱電偶偶絲與使用環(huán)境隔離，并使熱電偶有更好抗機械強度;絕緣保護套管是防止熱電偶的正、負電極之間短路以及熱電偶絲與保護管之間形成短路;熱電偶偶絲是熱電偶最主要的部分，也是決定熱電偶型號及價(jià)格的關(guān)鍵因素。貴金屬的偶絲直徑一般在0.3~0.65mm之間，廉金屬的偶絲一般在0.5~3.2mm之間。偶絲的測溫端一般是采用焊接的方式形成。
2、熱電偶概述
2.1、熱電偶的分類(lèi)
一般國內真空熱處理爐選用的熱電偶的類(lèi)型為：PT100鉑電阻、K型熱電偶、N型熱電偶及S型熱電偶。而國外的不同之處在于高溫段選用的熱電偶有所不同，新增加了B型熱電偶與R型熱電偶。
2.2、熱電偶的簡(jiǎn)介
(1)PT100鉑電阻
PT100鉑電阻表示在0℃時(shí)，其阻值為100歐姆。隨著(zhù)溫度的上升它的阻值成勻速增長(cháng)，根據阻值的變化來(lái)測定其溫度的變化。PT100鉑電阻在真空熱處理爐上的應用比較少，在測量水溫、油溫的時(shí)候會(huì )用到，一般使用溫度為0~300℃。
(2)K型熱電偶
K型熱電偶的學(xué)名為鎳鉻-鎳硅熱電偶。K型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：在準確度、穩定性、均勻性等方面較好，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是300~500℃和800℃左右兩個(gè)區間電動(dòng)勢不穩定。K型熱電偶是一種廉金屬熱電偶，使用測量范圍0~1200℃，長(cháng)期使用溫度為1100℃左右，短期為1200℃。
(3)N型熱電偶
N型熱電偶的學(xué)名為鎳鉻硅-鎳鉻熱電偶。N型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是準確度、穩定性、均勻性等各方面較好，價(jià)格便宜，同時(shí)克服了K型熱電偶在300~500℃和800℃左右兩個(gè)區間電動(dòng)勢不穩定。N型熱電偶也是一種廉金屬熱電偶，測量范圍0~1200℃，長(cháng)期使用溫度為1100℃左右，短期為1200℃。
(4)S型熱電偶
S型熱電偶就是我們通常所說(shuō)的鉑銠熱電偶，學(xué)名為鉑銠10-鉑熱電偶。S型熱電偶在真空熱處理爐中常用的溫度為800~1300℃，這也是S型熱電偶測量精度最高的溫區。而在800℃以下測溫精度不高，1300℃以上熱電偶容易損壞。S型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：準確度高、穩定性好、測量溫區寬、使用壽命長(cháng)等;缺點(diǎn)是：價(jià)格昂貴，對污染非常敏感。
(5)R型熱電偶
R型熱電偶的學(xué)名為鉑銠13-鉑熱電偶。R型熱電偶長(cháng)期使用溫度為1300~1500℃，短期可達到1600℃。R型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：準確度高、穩定性好、壽命長(cháng);缺點(diǎn)是：價(jià)格昂貴、對污染敏感。
(6)B型熱電偶
B型熱電偶的學(xué)名為鉑銠30-鉑銠6熱電偶。B型熱電偶長(cháng)期使用溫度為1300-1600℃，短期可達到1800℃。B型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是：不需要用特殊的補償導線(xiàn)、準確度高、穩定性好、測溫上限高、壽命長(cháng);缺點(diǎn)是：價(jià)格昂貴，對污染靈敏。
2.3、熱電偶在真空熱處理中的應用
從上節熱電偶的簡(jiǎn)介中，我們不難看出每種熱電偶適合的測溫區域及性?xún)r(jià)比。為了更好地對比各種類(lèi)型的熱電偶，我們可以做出下面的表格，以便更加清晰地認識到各種熱電偶，如表1所示。
表1熱電偶的性能對比表
從表1的表格中，我們就可以看出各種類(lèi)型熱電偶性能、適合的場(chǎng)合以及性?xún)r(jià)比，從而選擇出我們真空熱處理爐最適合用的熱電偶�，F總結如下：
(1)低溫段(0~300℃)：在這一溫段的應用我們一般選擇用PT100鉑電阻，雖然PT100鉑電阻的各方面性能都一般，但是在低溫段上，PT100的性能基本上能滿(mǎn)足設備的使用要求，最主要的是PT100鉑電阻價(jià)格上有優(yōu)勢。如果在性能上有更高的要求，大家也可以選擇K型熱電偶或N型熱電偶，當然在價(jià)格方面就要貴點(diǎn)，實(shí)際情況實(shí)際選擇。
(2)中溫段(300~1000℃)：在這一溫段我們一般選用的是K型熱電偶或N型熱電偶。我國傳統的選擇型號標準為K型熱電偶，因為K型熱電偶在測溫區和各方面性能都能滿(mǎn)足這一溫段真空熱處理爐的需求，還有就是K型熱電偶低廉的價(jià)格也是必不可少的一大因素，所以這也是為什么K型熱電偶是目前用量最大的熱電偶。隨著(zhù)研究人員的研究，近幾年來(lái)N型熱電偶在國內真空熱處理爐中有了很大的發(fā)展。因為N型熱電偶在各反面性能指標上都與K型熱電偶不相上下，同時(shí)克服了K型熱電偶在300~500℃和800℃左右兩個(gè)區間電動(dòng)勢不穩定的缺點(diǎn)，在價(jià)格方面N型熱電偶也是一種廉價(jià)的熱電偶。所以現在N型熱電偶展現出了一種良好的發(fā)展趨勢，逐步有很多設備N(xiāo)型熱電偶取代了K型熱電偶的應用。如果在這一溫段，真空熱處理爐對溫度性能指標有更高的要求的話(huà)，大家也可以選擇S型熱電偶，當然S型熱電偶昂貴的價(jià)格就是大家需要考慮的一個(gè)問(wèn)題了。
(3)高溫段(1000~1300℃)：在這一溫段真空熱處理爐國內一般選擇S型熱電偶，S型熱電偶使用溫度高、性能指標也更加優(yōu)越，同時(shí)S型熱電偶也是曾經(jīng)的國際標準熱電偶。有些使用溫度在1000~1200℃的真空熱處理爐也會(huì )選用K型熱電偶或N型熱電偶，其低廉的價(jià)格是主要的因素。國外在1200℃、1300℃選用的熱電偶一般是R型熱電偶為主，因為國外研究機構通過(guò)研究表明，R型熱電偶性能優(yōu)于S型熱電偶，但是在國內真空熱處理行業(yè)，R型熱電偶一直沒(méi)有推廣開(kāi)來(lái)，還是以傳統的S型為主。B型熱電偶其使用范圍要更高，所以在1300℃使用頻率也是非常低的。
3、熱電偶保護管的介紹及應用
我們大家平時(shí)提到熱電偶，都是在談?wù)揝型、K型等偶型，大家都忽略了熱電偶的一個(gè)重要部件：熱電偶的保護管。本文所說(shuō)真空熱處理爐中常用的熱電偶使用的保護管，可以分分為兩大類(lèi)：金屬保護管、非金屬保護管。
3.1、金屬保護管
金屬保護管是1300℃以下真空熱處理爐常用的一種保護管，金屬保護管材質(zhì)一般是不銹鋼，根據不銹鋼標號的不同用于不同的溫段，分別是：201、301不銹鋼保護管主要用于0~600℃區間使用的熱電偶;304、321、316、2520不銹鋼保護管主要用于600~1000℃區間使用的熱電偶;3030、3039主要用于1000~1300℃區間使用的熱電偶。近幾年隨著(zhù)研究，有了更多的合金保護管的出現，以適應1300高溫點(diǎn)的使用，但是都還在近一步的試驗、推廣中。
3.2、非金屬保護管
非金屬保護管以剛玉管為主，溫度更高就需要用到石墨管。剛玉管使用溫度可達到1800℃，石墨可達到更高的3000℃。
在真空熱處理爐中，我們一般用到的都是各種材質(zhì)的金屬保護管，因為金屬保護管對溫度的反映靈敏、溫差小。其缺點(diǎn)就是不耐高溫，最高使用溫度1200℃左右，當超過(guò)1300℃時(shí)要慎用。想要長(cháng)期在1300℃下使用，我們就需要選擇使用非金屬保護管。非金屬保護管耐高溫，但是有個(gè)缺點(diǎn)那就是對溫度變化的靈敏度稍差，如果真空熱處理爐中對恒溫區這一項指標有比較高的要求如：±3℃或更高，就不適合使用非金屬保護管。由于金屬保護管對溫度反應靈敏，但是不耐高溫而非金屬保護管耐高溫對溫度的反應稍差，都各自都有缺點(diǎn)，也就催生了一種新的保護管的出現，那就是金屬陶瓷保護管。金屬陶瓷保護管克服了金屬保護管與非金屬保護管的缺點(diǎn)，有很好的應用前景。但是現在真空熱處理爐中還沒(méi)有得到很好的推廣。
4、結束語(yǔ)
在真空熱處理爐中熱電偶是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，不僅僅是由于其是溫度控制的關(guān)鍵，還因為熱電偶是一種消耗品。不管哪一類(lèi)型真空熱處理爐，隨著(zhù)使用的時(shí)間增長(cháng)，熱電偶的測溫精度都會(huì )下降。所以根據使用的頻率我們過(guò)一定的時(shí)間段，為了保證設備的測溫、控溫精度能都達到要求都會(huì )去更換新的熱電偶來(lái)保證設備的正常使用。這就需要我們選擇合適的熱電偶，來(lái)降低設備的生產(chǎn)成本。希望通過(guò)本文可以讓大家更好的認識熱電偶，能為大家帶來(lái)良好的經(jīng)濟效益，節約成本。
