錸含量對鎢錸熱電偶電勢值的影響

摘要:鎢錸熱電偶的偶絲在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)不同程度的錸損耗，導(dǎo)致電偶絲配對具有偶然性和不可預(yù)測性。通過對錸含量對電勢值的影響進(jìn)行分析和研究，得到其中的對應(yīng)關(guān)系，提高了電偶絲配對成功率和精度。
       隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，熱電偶已成為溫度測量領(lǐng)城中應(yīng)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(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶金、航空航天、核工業(yè)等高溫測溫領(lǐng)域。為提高鎢錸熱電偶熱電勢穩(wěn)定性和測溫精度，國內(nèi)外的研究學(xué)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(shù)條件ASTME696--79。
       從20世紀(jì)60年代開始，我國已有多家的科研單位和公司可以生產(chǎn)鎢錸合金熱電偶，在技術(shù)和工藝生產(chǎn)上在不斷的改進(jìn)。同時我國在鎢錸熱電.偶領(lǐng)域內(nèi)也頒布了一系列的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)行業(yè)向更有序和優(yōu)良的方向發(fā)展。
試驗(yàn)方法
1.1試驗(yàn)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(jìn)行設(shè)計，在經(jīng)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(shù)據(jù)處理
       標(biāo)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(xué)成分。
熱電勢性能參照標(biāo)準(zhǔn)JJF1176--2007進(jìn)行檢測，檢測900~1400℃范圍內(nèi)整溫度值的電勢值，檢測方法主要采用同名極比較法進(jìn)行檢測。當(dāng)同名極比較法所比對的兩個熱電極，其化學(xué)成分及物理性能不完全一致時，會產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)電偶絲在一端使用氬弧焊點(diǎn)焊接，將試樣置于有氣氛保護(hù)的檢定爐中，通過補(bǔ)償導(dǎo)線接到檢測設(shè)備中，得到熱電勢值。
2試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1標(biāo)準(zhǔn)絲不均勻電動勢的測量
       檢測用的標(biāo)準(zhǔn)絲為W-5Re合金絲，絲徑0.5mm,ICP檢測含錸量為4.96%，以標(biāo)準(zhǔn)絲做為基準(zhǔn)電勢。標(biāo)準(zhǔn)絲的不均勻電動勢對實(shí)驗(yàn)的精度有重大的影響，因此在使用時，需要檢定標(biāo)準(zhǔn)絲的不均勻熱電動勢，排除標(biāo)準(zhǔn)絲對被檢測絲的影.響。取標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)絲的不均勻電動勢<10μV，完全滿足實(shí)驗(yàn)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(jīng)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(biāo)準(zhǔn)絲組成熱電偶回路，在溫度900~1400℃條件下進(jìn)行標(biāo)定，測得相對于標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(xiàn)負(fù)偏離，并且在數(shù)值上與錸含量呈現(xiàn)正相關(guān)。同時溫度的升高也進(jìn)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,T₀)=e_AB(T)+e_B(T,T₀)-e_AB(T₀)-e_A(T,T₀)式中:e_AB(T)為熱端接觸電勢;e_B(T,T₀)為B導(dǎo)體溫差電勢;e_AB(T₀)為冷端接觸電勢;e_A(T,T₀)為A導(dǎo)體溫差電勢;在總電勢E_AB(T,T₀)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,T₀)=e_AB(T)+e_B(T,T₀)-e_AB(T₀)。顯然熱電動勢的大小與組成電偶的導(dǎo)體兩材料和接點(diǎn)的溫度有關(guān)，取決于接觸電勢。接觸電動勢的大小與接點(diǎn)處溫度高低和導(dǎo)體的電子密度有關(guān)，溫度越高，接觸電動勢越大;兩導(dǎo)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(dǎo)致鎢錸絲中導(dǎo)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(fù)電勢偏離，錸含量的增加導(dǎo)致鎢錸絲電勢數(shù)值的增大。
       進(jìn)一步對檢測結(jié)果進(jìn)行分析，擬合900、1200和1400℃溫度下不同錸成份和電勢值的關(guān)系曲線，如圖2所示。經(jīng)數(shù)據(jù)擬合后，不同含量的錸成份與電極電勢值有較好的線性關(guān)系，這對以后的指導(dǎo)生產(chǎn)有重要作用

3結(jié)束語
       微調(diào)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(jī)理。隨著錸含量的增高，單極絲電勢出現(xiàn)了負(fù)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(guān)系曲線。此項實(shí)驗(yàn)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(jìn)鎢錸電偶絲測溫行業(yè)里的應(yīng)用。