[发明专利]测量碳势和氮势用的传感器

说明书

本发明属于热处理中气氛测量技术，主要涉及一种在高温下测量碳势和氮势用的传感器。该传感器尤其适用于在渗碳炉内、渗氮炉内、可控气氛热处理炉内、可控气氛发生器内及其它通过改变炉内气氛碳势达到渗碳、渗氮或防止氧化、脱碳之目的的气氛碳势或氮势的测量。

在现有的碳势或氮势测量中，与本发明最接近的传感器有纯铁丝或镍合金丝传感器(通常称为热丝法)。这种传感器是将一根直径为φ0.08-0.20mm、长300-1000mm的纯铁或铁镍合金丝缠绕在石英、氧化铝或其它在高温下绝缘性好的骨架上，丝两端焊接在电阻值小的导线上，测量时，将传感器插入待测气氛中，测出丝的电阻值(实际上也包含了导线的电阻值)，根据电阻值大小计算出气氛的碳势或氮势。这种传感器与目前用得最多的氧探头方法相比，具有探头成本低和不受气氛组成的影响的优点，但由于所用的丝不仅细，而且长，在高温下容易断裂，使用寿命较短，更换丝也不够方便(需要焊接)。

这种结构设计方式要求传感器丝的电阻足够大(这种情况下才能忽略导线的电阻)。

本发明的目的是提供一种寿命长、更换方便的电阻法测碳势或氮势用的传感器。

本发明提出的传感器为：主要由一个含碳量小于1.3％、0.05-0.40mm厚、0.4-6mm宽、10-300mm长的金属电阻片，连接在金属电阻片两端用于向其提供工作电流的导线，连接在金属电阻片两端用于通过其测量金属电阻片两端电压的导线构成。

两根导线分别通过金属片连接金属电阻片的一端，构成为金属电阻片提供工作电流的回路；另两根导线分别通过金属条，金属压片与金属电阻片的一端连接，构成测量金属电阻片两端电压的回路。其中，金属压片将金属片、金属条与金属电阻片连接一起。

金属片和金属条固定在绝缘体上，使它们不能作相对运动且保持相互绝缘。

传感器上装有热电偶，用于测量金属电阻片周围的温度。

本发明提出的传感器采用四线方式，即提供工作电流的两根导线与测量电压的两根导线分开，这种测量电阻的方式，与导线电阻大小无关，所以，其电阻可以小或很小。由此可将金属电阻片设计为截面比较大、长度较短的结构方式，具有使用寿命长的特点，其结构设计方式并具有更换方便的特点。

本发明实施例提供的附图为：

附图1为本发明传感器原理图。

附图2为本发明传感器示意图。

附图3为固定金属片和金属条的高温绝缘骨架示意图。

附图4为图3A向视图。

附图5为本发明传感器装配结构示意图。

附图6为图5A向视图。

结合实施例给出的附图对本发明加以进一步说明：

如附图1所示，本发明提出的传感器主要由一个含碳量小于1.3％、0.05-0.40mm厚、0.4-6mm宽、10-300mm长的金属电阻片1，连接在金属电阻片两端用于向其提供工作电流的导线6，连接在金属电阻片两端用于通过其测量金属电阻片两端电压的导线7构成。

如附图2所示，本发明传感器包括有金属电阻片1、为金属电阻片提供工作电流的导线6，通过其测量金属电阻片两端电压的导线7；导线6通过金属片2(导线6焊接在金属片2上)与金属电阻片1的两端连接，构成为为金属电阻片1提供工作电流的回路；即导线6——金属片2——金属电阻片1——金属片2——导线6；导线7通过金属条5、金属压片3连接在金属电阻片1两端(导线7焊接在金属条5上，金属条5与金属压片3相接)，构成通过其测量金属电阻片两端电压的回路；即导线7——金属片5——金属压片3——金属电阻片1——金属压片3——金属条5——导线7。金属电阻片1两端被压在金属压片3与金属片2之间，金属片2、金属压片3上带有螺纹孔，通过螺钉4将金属压片3、金属电阻片1、金属片2紧固。金属压片3与金属条5相连，其中金属片2和金属条5被固定在绝缘体8上。金属电阻片可采用铁碳合金、铁镍合金或纯铁等。在传感器上设置热电偶9，用于测量金属电阻片周围温度。

传感器工作原理：将传感器插入待测渗碳气氛中保持一定时间，电阻片的含碳量与气氛碳势达到平衡(相等)，在导线6上通过一定电流I时，通过测量金属电阻片两端的电压U，计算金属电阻片的电阻值R＝U/I，该电阻R是温度T、金属电阻片的含碳量C、金属电阻片原始含碳量Co(制造该金属电阻片所用材料的含碳量)和该金属电阻片(具有原始含碳量Co)在0℃时的电阻值Ro的函数，即碳势(等于C)＝f(Ro，Co，R，T)。测量氮势的工作原理与测量碳势的工作原理完全相同。

如附图5、6所示，金属电阻片用0.2mm厚、1.5mm宽的纯铁(含碳量可以忽略，即Co＝0)制成，两个金属片2和两个金属条5及热电偶9固定在Al₂O₃陶瓷骨架8上，将金属电阻片剪成一定长度(没有严格要求)，将两端压在金属片2和金属压片3之间并测出其在0℃的电阻值Ro，在传感器上装一个K型热电偶9，Al₂O₃陶瓷骨架装在一个不锈钢陶管10内。更换金属电阻片1时只需将螺钉4松开，取下原有的，换上新的，再将螺钉压紧即可。如果有必要，在更换金属电阻片时将金属片、金属条和金属压片表面清理干净，使它们具有良好的导电性。更换过新的金属电阻片后必须首先测出金属电阻片在0℃的电阻值Ro才能使用，在使用过程中不得松动螺钉4，以免电阻值Ro发生变化影向测量精度。