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热电偶保护管选用及特殊领域连续测温难题
是应用zui广泛的测温传感器。而热电偶的长期稳定性、使用寿命等各项性能指标，都与热电偶保护管密切相关。热电偶损坏率的高低直接取决于热电偶保护管材料的性能。因此，本文将详细介绍各种热电偶保护管的材料、性能和选用，以供技术人员参考。

随着自动化程度的不断提高，温度的测量涉及到国民经济的各个领域，如工农业生产、国防、科研、医疗、卫生、环保、气象以及宇航等部门。热电偶因其性能稳定、准确可靠、结构简单、使用方便、测温范围广、信号可远传等优点，在工业生产和科学研究等领域中已成为应用zui广泛的感温元件。而热电偶的长期稳定性、使用寿命等各项性能指标，都与保护管密切相关。据有关数据统计，热电偶在正常的测量范围内，其损坏率的高低直接取决于保护管材料性能的优异。因此，在实际使用中正确地选择保护管，是延长热电偶使用寿命的前提。 

1、热电偶保护管的作用
热电偶保护管主要有两种用途，一是防止遭受机械损坏；二是保护热电偶免受被测介质化学腐蚀、不受氧化气氛或还原气氛的有害影响，使热电偶尽可能处于接近其zui佳气氛中。因此热电偶必须加以保护，使之不受不 良气氛的侵害。

2、热电偶保护管使用场合
热电偶在以下几种介质中使用必须用热电偶保护管将热电偶测量电极与介质隔绝：
①当与热电偶接触会改变热电偶化学成分的各种金属(固体、液体、气体)；
②会腐蚀热电偶材料的炉气和其它蒸气(硫及其化合物是特别有害的)；
③能腐蚀热电偶材料的各种电解质。
热电偶保护管通常为单保护管，在某些特殊情况下，可采用两个同心安装的保护管。接近热电偶的称为主保护管，外面的保护管叫辅助保护管。通常采用氧化铝管为主保护管，碳化硅管为辅助保护管套构成组合保护管，以获得良好的综合性能，如具有抗切割火焰、抗热冲击或防止机械损伤等作用。

3、理想的热电偶保护管性能
①耐高温：在热电偶温度测量上限使用，不应产生变质和变形，在高温下抗氧化性能好。
②耐腐蚀：当热电偶用于酸性或碱性，以及具有其他腐蚀性介质中测温时，保证有一定的寿命。
③密性好：可防止外界有害介质渗入保护管内部，使感温元件损坏或变质。
④导热性好：具有较高的导热系数，时间常数小。
⑤有足够的机械强度和一定的耐温剧变的性能。
⑥物理、化学性能稳定：在长期使用中不和外部介质、绝缘材料、热电极材料相互作用而变质，也不产生对热电极有害的气体。
⑦价格低廉。 

4、热电偶保护管分类
热电偶保护管按其材质可分为金属、非金属和金属陶瓷三种。金属热电偶保护管机械强度高、导热性能好、应用非常广泛；非金属热电偶保护管多在1000℃以上温度测量时采用，耐热性能好，震性差、导热性差；用粉末冶金的方法制成金属陶瓷保护管，既有耐高温的性能又有较好的机械强度，有很好的应用前景，可广泛地用于钢水、铁水及高温盐浴炉等恶劣的环境。
 
5、选择热电偶保护管需要考虑的因素
理想的热电偶保护管是不存在的，但各种材质的热电偶保护管有各自的特点。选择热电偶保护管时，要考虑以下因素：被测介质的温度、气氛、流速、腐蚀性如何，管子的粗细、壁厚、长短、气密性、抗热冲击、化学适应性、承受压力、应力、响应速度、性价比如何。我们可以根据实际情况，选择合适的保护管材料。热电偶保护管的选取原则是：根据技术指标结合实际情况，来选择方案。在实际工作中，大家可以根据经验、热电偶厂家选用指南手册，快速地选取热电偶保护管材料。在使用这些资料时必须仔细注意各种特定的情况。

在测量高温燃油、燃气、燃煤系统，以及测量各种高温窑炉、热处理用的高温盐浴炉和各种金属冶炼炉等的温度时，都会遇到高温和氧、硫、焦油、氧离子等对保护管的强烈浸蚀。除要求其能经受高温物理损伤，还要其能经受化学损伤。在这种恶劣的环境中，通常使用双保护管。主保护管使用的是一种以富铝红柱石为基础添入某些添加剂的陶瓷，它具有机械和耐热冲击zui好的综合性能，上限温度为1650℃。为辅助保护套管采用碳化硅套管，这种材料能抗火焰的切割作用。它是不渗透气体的，可作为致密保护套管使用，还能制成氮化物粘结型的材料，从而是渗透性大为减小。防止热电偶腐蚀，避免火焰和气流直接冲击以及提高热电偶的强度。因此，在这类恶劣条件下测温，对保护管的要求比较苛刻：在测温范围内材料不变形，不变质，耐温度突变的冲击，耐被测温介质的浸蚀且材质应当是致密的，不会产生被测介质的任何渗漏以免损伤热电极，材料导热性能要好且易于加工制造。

6、热电偶保护管材质及用途
用户或热电偶厂家在选用热电偶保护管材料时要兼顾使用寿命和经济性。《》和《》文章中对热电偶保护管应用做了详细说明，在此不再累述。

7、现阶段特殊领域的热电偶连续测温难题
热电偶保护管虽然种类繁多，技术成熟，但是，它们只能在常规场合使用，尚不能满足许多特殊领域的要求。尤其是在高温高腐蚀环境，由于热电偶保护管的使用寿命问题没有得到根本解决，在许多领域连续测温成为难题，主要有以下几个行业：
①铝电解槽连续测量
铝电解槽温度的连续测量，对于实时监控电解槽运行状况，对其运行状况进行综合分析，并加以控制，从而使电解槽各项技术指标达到zui佳值，具有重要意义。然而，铝电解槽的连续测温是一个国际性难题。主要原因有两个：一是电解槽内电解质对保护管有很强的腐蚀性；二是电解槽内部温度高，正常温度940-970℃之间。出现效应时可达1000-1200℃。所以目前工厂普遍采用间断测温法。
②渗碳炉温度测量
③铜冶炼过程中的熔体连续测温仍在研究
铜液的连续测温通常采用金属陶瓷保护管，表面加保护涂层。
④高温流动粉体的温度测量
对于输煤系统、流化床、水泥熟料、耐火材料等流动粉体的温度测量，由于流动粉体对保护管磨损及腐蚀均很严重。目前对低于500℃的流动粉体，可采用高强度钢或表面改性技术，喷涂WC或Ni-Cr-B，其硬度可达到6070(HRe)。如果常温在1000℃左右，可采用钴基合金保护管。该保护管具有优异的耐热冲击、耐磨性能及高温强度，对硫化物及钒良好的耐蚀性，但价格昂贵。
⑤超高温真空炉连续测温
⑥高温盐浴炉连续测温
⑦钢水连续测温
钢水温度高达1600℃以上，钢水和渣液对热电偶保护管有很强的侵蚀作用，热电偶保护管由环境温度下进入钢水时要经受巨大的热冲击和冲刷应力，使钢水连续测温成为国际性难题，一直没有进展。

针对上述课题，我国科研工作者长期在为之奋斗。据笔者所知，科研院所及大学的精密陶瓷实验室、材料系等有关部门，都希望借助于新材料新工艺，研制使用寿命长、性价比高的新型保护管。热电偶保护管的寿命问题一旦得到突破，特殊领域的连续测温难题就会迎刃而解。保护管选型请移步至“”选型页面 。
作者：中国航天科技集团701所 蔡捷伟
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