[其他]双石墨纤维热电偶

说明书

本发明是对金属热电偶的一种技术改进。

决定热电偶的应用范围和使用寿命的因素主要有两个。一个是偶丝的材质，另一个是偶丝的封装保护技术;而封装保护技术对偶丝的保护程度又取决于绝缘体和保护套管的材料，以及保护套管的组装方法。

目前，工业上广泛应用的热电偶都是金属偶丝，这种偶丝熔点较低，不耐腐蚀、抗磁场干扰性能差，有的价格则十分昂贵（例如铂铑偶丝等）。近几年，国际上对非金属热电偶的研究虽然早已开展，但据已有资料表明效果并不显著，例如1982年法国获得专利号为FR78306-A的微型石墨纤维热电偶，在非氧化气氛中能测量2000℃以上的高温，但能否在氧化气氛中使用则未见阐述。国内最先研究石墨热电偶的是包钢钢铁研究所，其次有兰州炭素厂、鞍钢计量处及唐山钢铁研究所等也曾做过这项研究，但其采用的工艺方法均与本发明不同，而且这些单位都因人力、物力等多方面的困难因素而未能持续进行。

在热电偶的现有封装技术中，国外多数采用二氧化锆和刚玉管等作为绝缘体的材料，少数发达国家则采用热压氮化硼和粉状绝缘陶瓷;而保护套管的材料在1150℃以下测温多用碳钢或不锈钢，在1300～1800℃测温时多用高温陶瓷和金属陶瓷，有的采用碳化硅、二硼化锆、氧化钍等。在核工业和航天工业发达的国家，多采用石墨作保护管。这些材料多数是不耐高温（使用温度在1800℃以下），不耐腐蚀（不能在高温强蚀介质中连续测温），不耐热震，温感滞后，热贯性大、寿命短、成本高;少数则因其他缺点，例如氧化钍有放射性，氧化铍有剧毒，人们对其不感兴趣。石墨虽有较好的应用效果，但因其未进行防氧化研究而不能用于中、高温氧化气氛，国内常用的保护套管多属陶瓷和不锈钢，近年虽有金属陶瓷的套管问世，但其耐腐蚀性、抗氧化性、抗热震性以及规格尺寸等都还存有一定的缺陷，至于套管的组装方法，目前国内外绝大多数只采用外保护管加内绝缘管，式样单一、品种少、规格不全，这种套管多数不耐腐蚀、不耐热震，不能满足石墨热电偶套管封装的综合要求，更不能在非吸碳高温导体介质中进行开头封装。

本发明的目的是针对现有热电偶的缺点，为显著提高热电偶的综合性能和使用寿命而研制一种能在氧化气氛和非氧化气氛，以及在强腐蚀和强磁干扰等各种条件的高温液态介质中连续进行测温的非金属热电偶。

附图1是本发明产品的一般封装结构示意图，附图2是外套管涂层加温固化的温度与时间曲线图，附图3的（A）和（B）是用作开头封装和闭头封装的绝缘体的两种加工形状示意图。

本发明产品的主要技术内容是根据美国谢发德等人关于石墨物体经过渗硼处理以后硼原子渗入石墨晶格点阵中取代碳原子质点，形成P型置换式半导体结构，因而热电性能十分定的理论，用一种化学纤维，（例如聚丙烯晴纤维）经过石墨化和渗硼处理以及封装保护，制成一种非金属热电偶。其具体的工艺过程如下：

1.化学纤维的强化石墨化，将化学纤维碳化后再进行3000℃以上的电阻发热高温速烧，使化学纤维成为石墨晶体的结构。

2.石墨纤维的热浴渗硼处理：先将浓度为2～10%的硼化物水溶液加热至沸点，再将石墨纤维置入沸腾后的硼化物水溶液中，经过不超过一小时的热浴后取出烘干。

3.热电势的标定或分度：采用与金属电偶丝相同的标定与分度法，对石墨纤维和渗硼石墨纤维进行热电势的标定或分度。

4.电偶丝的复合封装（参见附图1）：

（1）将纯度在98%以上，粒度在200目以下的刚玉粉，用磷酸和水混合搅拌成均匀的泥浆，加温到75～85℃以后，在常温下困料一个星期。困料期间随时用耐腐蚀棒搅拌，使磷酸与刚玉粉充分反应。

（2）将经过困料后的泥浆置于塑料容器中，并将外套管〔1〕放入泥浆中浸泡24小时以上。

（3）将外套管〔1〕从泥浆中取出，并对内外表面的泥浆涂层〔2〕进行加工整形。

（4）将整形以后的外套管〔1〕放入烘箱内升温固化。固化温度与时间的曲线如附图2所示。

（5）根据封装形式的需要，按照附图3所示的（A）或（B）的形状，对绝缘体进行加工。

（6）对石墨纤维进行高温绝缘防氧化保护层的处理。

（7）按照要求的封装形式，将绝缘体〔3〕放入外套管〔1〕的内腔中，再将电偶丝〔5〕放入比外套管〔1〕的直径小的内套管〔4〕的内腔中，接好热端接点〔7〕，而后将装有偶丝〔5〕的内套管〔4〕放入绝缘体〔3〕内，并将内套管〔4〕的内腔和外套管〔1〕的内腔中用充填料〔6〕填实，最后接好冷端接点。