廉金属热电偶的现状与展望王魁汉崔传孟（东北大学·沈阳，110006）摘要：本文重点介绍新型廉金属热电偶，镍铬硅—镍硅热电偶及钨铼热电偶的结构、性能及应用现状。

探讨了钨铼热偶的防氧化技术、稳定性及使用寿命。

结果表明，采用实体型抗氧化钨铼热电偶替代铂铑热电偶，用于工业过程检测，不仅性能稳定，使用寿命长，而且价格便宜,管理方便是今后的发展方向。

关键词：钨铼热电偶、现状，展望1前言金、银及铂族金属等8种元素称贵金属，由这些金属或合金构成的热电偶称贵金属热电偶。

除此之外统称廉金属热电偶，如镍基合金热电偶及难熔金属热电偶等。

主要的贵金属与廉金属热电偶见表1[1]，其中后者用量大，使用范围广，是一种主要的测温手段。

而且随着铂铑热电偶的价格不断上涨，新型廉金属热电偶的问世以及钨铼热电偶防氧化技术的突破使得有关廉金属热电偶的研究、开发与应用变得十分活跃，已引起世界各国的注目。

本文将重点介绍廉金属热电偶的现状与展望。

表 1 热电偶的主要性能与应用2 廉金属电偶2.1 新型廉金属热电偶1) 镍钼镍钴热电偶该种热电偶主要用米测量汽车发动机废气温度其特点是性能稳定在875℃的空气中，经1 0000h偏差不超过5℃，较N、K型热电偶更稳定[2]。

2) 钼铌热电偶该种热电偶的使用温度可选2000℃～2200℃，在辐照条件下是一种可避免钨铼热电偶嬗变的较好的测温元件[2]。

3) 镍钼热电偶该种热电偶主要用于高温惰性气体及真空环境中，也常用于含氢的还原性气氛中，它的使用温度范围是O℃～1287℃，精度为0.75%4) 整体设计的铠装热电偶保护管对热电偶的稳定性影响极大，因此应依据使用条件，选择不同的保护管材料。

可是，人们往往忽视保护管材料与热电极间的相容性。

例如，K型铠装热电偶的套管材料(不锈钢与因科内尔合金)与热电极的化学成分有较大差异，在高温下某些合金元素的扩散(特别是锰)将引起热电动势的激烈变化(见表2)，而膨胀系数的差异对其寿命及可靠性的影响也很大，因此，新型整体设计的X型铠装热电偶从外套管材料至热电极丝要统一设计。

整体化铠装热电偶(N-CLAD)[2]将采用热电偶的正极材料作为外套管，从而提高了N型铠装热屯偶的准确度与精度(见表2)。

2.2 镍铬硅—镍硅热电偶科学技术的不断发展人们对测量精度的要求越来越高。

由于K、E、J及T型等廉金属熟电偶的性能不够稳定，因此，不能满足要求，而镍铬硅—镍硅热电偶却具有明显的优越性。

表2 套管材料对铠装热电偶性能的影响1) 镍铬硅—镍硅热电偶的特点镍铬硅—镍硅热电偶的分度号为N，它具有如下特点：① 在1300℃以下，高温抗氧化能力强；② 热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好；③ 耐射辐照能力强，耐低温性能也好。

2) N型与K型热电偶性能对比N型与K型热电偶的性能对比见表3[3]，由表3可以看出，在550℃～1050℃范围内，两者几乎无差异，但在30K～15OOK的整个温度范围内有可能全面替代其它廉金属热电偶，并有部分取代S型热电偶的趋势正在引起人们的高度重视。

N型热电偶的推广应用，将对热电偶测温材料、仪表生产、管理和使用带米许多方便具有明显的经济效益与社会效盖。

3 钨铼热电偶及其防氧化技术3.1钨铼热电偶的特点钨铼热电偶是最成功的难熔金属热电偶，也是可测到1800℃以上工业热电偶中最好的热电偶。

因此，它的应用越来越广泛。

①热电极丝的熔点高（3120℃～3410℃），强度大；1) 钨铼热电偶的特点表3K型与N型热电偶性能对比K型N型0℃～200℃250℃～550℃因磁场干扰引起误差因短程有序晶体结构变化引起误差不受磁场影响几乎清除结构变化影响550℃～1050℃t>1050℃两者几乎无差异热电动势（1200℃）灵敏度由内演化引起热电偶变化致使热电动势变化48.828mV36.4μV/℃由内演化转变成外氧化抗氧化性能较K型提高数倍43.836 mV37.1μV/℃⑥ 使用气氛⑦ 精度等级两者相同两者相同（0.4与0.75）② 极易氧化；③ 热电动势大，灵敏度高，它的热电动势约为S型的2倍，B型的3倍；④ 价格便宜，钨铼热电极丝价格仅为S型的1/10,B型的1/18。

2) 钨铼热电极丝的均匀性钨铼热电极丝的均匀性是其重要技术指标，也是衡量合金丝能否作为热电偶的关键。

以前生产的热电极丝不具有统分度的特性，一批丝材一个分度表，留给人们极其深刻的印象。

美国ASTM在1979年给出了钨铼3—钨铼25的分度表，其允差是0℃～400℃，±4℃；400℃～2300℃，±1%t。

在1984年又公布了钨铼3—钨铼25及钨铼5—钨铼26热电偶标准，说明这两种热电偶在美国达到了统一分度的水平。

我国也在1986年实现了统一分度，并在1988年公布国家专业技术标准(ZBN05 003—88)，给出钨铼3—钨铼25及钨铼5—钨铼26热电偶的分度表及允差。

它们均与美国标准相同。

我国专业技术标准的建立，为钨铼热电偶的推广应用奠定了基础。

3.2 抗氧化钨铼热电偶1) 防氧化技术与社会环境抗氧化钨铼热电隅的研究、开发与应用是当前温度测量领域的热点，其原因是：①钨铼热电偶的技术备件成熟，实现了统一分度；②防氧化技术已经突破；③用户迫切需要铂铼热电偶的代用品。

最近，铂铼热电偶的价格猛涨，在使用与管理方面均肯困难，迫切需要价格便宜的代用品。

在这种杜会环境下，各种形式的抗氧化钨铼热电偶便应运而生。

2) 抗氧化钨铼热电偶为了能使钨铼热电偶在氧化硅气氛中工作，可在热电偶保护管内人为地创遣出非氧化性气氛，或者使其在氧化蚀损前完成测温使命。

目前，国内已取得突破性进展[4]，在冶金、建材、石化等行业的应用已取得满意结果。

抗氧也钨铼热电偶又分为工业热电偶与快速热电偶，而工业热电偶又分为普通型与特殊型，现分别介绍如下：① 普通型抗氧化钨铼热电偶普通型抗氧化钨铼热电偶主要用于工业炉窑中的气体温度测量，它的防氧比技术有：a) 涂层保护法在钨铼热电极丝的表面涂层，其目的是隔绝氧气防止偶丝氧化。

涂层方法很多，目前存在的问题是，难以找到与基体膨胀系数一致的涂层材料。

在较短的时间内，涂层将与基体剥离而脱落，丧失了保护作用，因此，世界各国专家都在寻找最佳的过渡层，以解决两者膨胀系数不一致的矛盾，实现平滑过渡，增强涂层的稳定性。

b) 抽空密封保护法采用石英作保护营，其内装入热电极丝，然后将石英管抽空密封为钨铼热电极丝创造一个在真空条件下工作的环境。

用该种方法制备的热电偶，其使用温度受石英管的限制，一般在1100℃左右。

c) 抽空充气密封保护法采用电真空技术将刚玉管抽空，再宽Ar等气体后密封，形成不可拆卸的热电偶，现已商品化，国内已有几个生产厂。

d) 充填密封保护法将钨铼热电极丝装入刚玉管内，再用情性物质充填保护管内室隙，最后将开口端密封，形或实体型防氧化结构，为钨铼热电偶创造一个适宜的环境。

作者研制的实体型抗氧化钨铼热电偶已获国家专利，主要性能指标如下：热电偶：钨铼3钨铼25，分度号为WRe3WRe25；保护管：刚玉、SiC及MoSi2等；使用气氛：氧化、还原或交替作用：使用温度：O℃～1500℃；使用寿命：在相同条件下，不低于S型热电偶，一般在2个月以上；准确度1%t；充气与充填密封保护法对比：两种方法原理相似，作用与效果相近。

但是，充气法的设备投资大、成本高、成品率低、不抗震、不能制作长热电偶，使用受限制。

充填法的设备投资小、成本低、成品率高，而且，热电性能稳定、使用寿命长(已超过一年)、响应速度快、抗热冲击、抗震动、安全可靠。

e) 美国制造的抗氧化钨铼热电偶这是美国1991年的专利产品，它也是实体结构。

主要性能如下：热电偶：钨铼5—钨铼26，分度号为C；保护管：外管为金属陶瓷管MCT；使用温度：1600℃(实际为145O℃)；应用：煤气化炉、硫化炉等恶劣环境，也可用于S型热电偶或其它廉金属热电偶不适宜使用的含H2或SO2的场合[6]。

② 特殊型抗氧化钨铼热电偶特殊型适用于高温熔体连续测温，其主要性能指标为：热电偶：钨铼或K型、N型热电偶，保护管金属陶瓷(MCPT)；规格：Φ(16～50)×(300～500)mm；使用温度：O℃～1700℃；使用寿命：钢水或铁涟，10~20h；铜水在1000h以上[6],高温熔盐(BaCl2)在1400h以上[7]；③ 快速钨铼热电偶快速鸽铼热电偶已在国内大面积推广应用，经现场使用证明，钨铼快速势电偶不仅可以取代s型、B型快速热电偶，而且，它的测成率还高于铂铑热电偶因此钨铼快速热电偶的发展很快1992年已达250万支。

3.3钨铼热电偶用补偿导线与仪表钨铼热电偶所需的补偿导线与仪表，国内均可配套供应。

1) 补偿导线有一般与耐热两种在环境温度高的场所多采射耐热型补偿导线，使用温度可达200℃。

2) 温度变送器钨铼热电偶用二线制温度变送器，可直接装入接线盒内构成一体化温度传感器，不仅节约补偿导线，还能输出标准信号。

3) 仪表钨铼热电偶所需的数显仪表及模拟式记录仪表均可配套供应。

数显仪表具有显示直观、读数方便等优点；模拟仪表具有记录趋势、便于查阅等功能，可按用户需要选择4 应用4.1 普通型抗氧化钨铼热电偶(WRW-I型)作者研制的普通型抗氧化钨铼热电偶，经鞍钢、本钢、沈钢、齐钢及沈阳冶炼厂等实际应用结果表明，用钨铼热电偶替代s型热电偶是可行的，所测结果是可靠的，其使用寿命不仪大干s型热电偶，而且，其价格仅为S型的1/2具有显著的经济效益与社会效益，操作又简便、不易被盗，很受欢迎。

1) 钨铼热电偶的稳定性5支实体型(WRW-I)钨铼热电偶在使用前，经鞍钢计量厂检定结果表明，精度均达到0.5级，然后取其中两支用于烧结厂球团加热炉，使用温度为1200℃±50℃，运行3O天(720h)后，抽出一支再次检验其稳定性结果表明，在1200℃的情况下偏差仅为2.2℃。

说明实体型热电偶是很稳定的。

而另一支热电偶仍在运行中，测量数据准确可靠，使用寿命达半年。

当作用温度为1350℃～1450℃时，稳定运行30天(后因停炉时被碰坏)，而S型工业偶在相同温度下寿命仅为7～12天。

另外，在沈阳钢厂试用时使用温度为1150℃～1450℃，经过四个月的考查钨铼热电偶的性能能够适应工业使用。

2) 钨铼热电偶的使用寿命本钢计控处将实体型钨铼热电偶用于隧道窑的高温区，使用温度范为850℃～1200℃，从1992年5月投入运行，至1993年7月一直在正常工作。

使。