铠装贵金属热电偶由于具有结构紧凑, 坚固耐用, 测温范围宽, 测温精度高, 机械强度及耐压性能好, 能弯曲, 能在高低温、腐蚀性强等恶劣条件下安全使用等特性, 被广泛应用于冶金、石油、航天、航空等温度控制和测试领域。铠装贵金属热电偶通常和显示仪表、变送器及电子调节器配套使用组成测温或过程控制系统。

由于铠装贵金属热电偶偶丝位于保护管内部, 通过肉眼无法准确辨识出电偶测量端位置, 因而铠装贵金属热电偶在校准和使用过程中会引入一定的测量误差。为了进一步提高铠装贵金属热电偶校准及使用时的准确度, 本文提出了一种利用X光照相检测技术对此类电偶测量端进行准确定位后进行校准的方法。

铠装贵金属热电偶是将热电偶丝用无机物绝缘及金属或陶磁套管封装, 压实成坚实的组合体。常用铠装贵金属热电偶的结构型式见图1。

由图1可以看出, 由于制造工艺流程不规范等原因, 铠装热电偶制作完成后, 封装在保护管内的测量端位置无法准确定位, 这会对热电偶的校准和使用造成两方面的影响。

第一, 根据JJF1262-2010《铠装热电偶校准规范》要求, 铠装热电偶校准过程中应使铠装贵金属热电偶测量端和标准电偶测量端位于同一个径向截面上, 如图2所示。由于铠装热电偶测量端的具体位置无法知晓, 通常校准时默认测量端在外保护管的底部, 将铠装贵金属热电偶外护管底部和标准电偶外保护管底部位于同一个径向截面上进行捆扎后校准, 由于被校铠装热电偶测量端位置的不确定性, 往往导致校准时被校铠装热电偶和标准热电偶的测量端不在同一个径向截面上, 如图3所示。这必然会增加校准时炉温场不均匀引入的误差。

第二, 在利用铠装贵金属热电偶进行热电偶检定炉炉温均匀性测试过程中, 要求把热电偶测量端准确布放在规定的测温点位置, 由于不能对铠装贵金属热电偶测量端准确定位, 测量过程中一般默认电偶外保护管底部就是测量端, 那么在炉温均匀性检测过程中, 会对热电偶检定炉有效工作区尺寸测量结果带来误差, 造成不必要的重复测试从而浪费资源。

为解决铠装贵金属热电偶在校准和使用过程中存在的上述问题, 我们通过X光照相检测技术对其测量端进行准确定位。X射线是一种波长很短、频率很高的电磁辐射, 其检测原理是利用X射线所具有的较强的穿透能力。穿透被测物的射线带有反映被测物内部结构的信息, 通过射线强度的变化来检测与评判材料或工件内部各种宏观或微观缺陷的性质、大小和分布情况。

对热电偶测量端位置检测时我们选用的是450型X光检测仪。首先将铠装热电偶外套管进行清理, 避免表面杂质对X光照相检测仪成相质量造成影响, 同时接通450型X光检测仪电源, 待数显电压表示值稳定后将被测热电偶放置在X射线管与像增强器之间, 调整数显面板上的电流和电压调节旋钮, 直到可以看到保护管内部结构位置, 此时即可判定出热电偶测量端的位置。

通过X光照相发现, 每支铠装贵金属热电偶的测量端同其外护管底部之间的距离几乎都是不一致的, 如图4所示, 选取的拍摄试样热电偶中二者最大距离有30 mm, 而贵金属热电偶检定炉有效均匀温场的长度只有20 mm, 上述距离差异不仅使被校铠装热电偶和标准热电偶测量端无法位于同一径向截面上, 而且有可能使热电偶的测量端在校准过程中位于检定炉的有效均匀温场之外。

利用X光照相检测技术对铠装贵金属热电偶测量端准确定位后, 可以在热电偶外保护管上标示出每支热电偶测量端距外保护管底部的距离, 作为校准和使用过程中确定测量端位置的依据。在此基础上, 校准时还要对铠装贵金属热电偶的捆扎方式稍作改变, 将被校铠装贵金属热电偶标记的测量端位置与标准热电偶的测量端位置对齐进行捆扎, 这样可确保被检和标准的测量端位于同一径向截面上。

选取两支S型全新铠装贵金属热电偶, 分别使用之前的方法 (未进行被校铠装热电偶测量端位置定位) 和改进后的方法 (使用X光照相检测技术进行被校铠装热电偶测量端位置定位) 在铜点进行校准, 将前后两次方法在铜点的校准结果进行比对, 结果如表1、表2、表3所示。

从表1~表3可以看出, 两种不同方式的校准结果相差至少1℃。

另外, 通过采用X光照相检测技术对铠装贵金属热电偶测量端进行准确定位后, 在炉温均匀性测试过程中我们也可以更加准确地将铠装贵金属热电偶测量端布放在规定的测温位置, 避免了有效加热区扩大造成的重复测试。

通过上述改进前后数据对比得出结论:准确测量铠装贵金属热电偶的实际测量端位置对于热电偶校准结果的影响很大, 故校准前对铠装贵金属热电偶测量端位置的确定是必要的。

通过对铠装贵金属热电偶进行X光片拍摄, 获得铠装贵金属热电偶测量端在铠装外保护管内具体位置的校准方法, 从根本上解决了铠装贵金属热电偶校准时由于测量端位置不准确对校准结果带来的影响, 避免了因校准结果的不确定性造成的对校准结果误判的风险。