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温度测量技术最新动态沈阳东大传感技术有限公司王魁汉2009年10月29日主要内容一、AMS2750D简介二、ASTM的最新动态三、现场在线校准装置四、铂铑热电偶的替代方案和业绩五、超稠油井下温度、压力双参数动态测量系统六、热电偶丝材的热电性能检测与分析七、铠装热电偶电缆热电性能、绝缘性能的检测与分析八、热电偶时间常数检测与分析九、钢水、铜液及铝水连续测温一.AMS2750D简介Nadcap是“美国宇航局与国防部合同方认可机构”的简称，是性能审查协会（PRI）对航空航天行业中特种工艺的管理程序，Nadcap的任务是对制造工艺与产品进行国际性、公正客观的独立评估，以确保最大限度地提供最高质量的产品。目前世界上所有航空工业主承包商都已加入Nadcap管理程序，中国获得Nadcap认证的供应商总数已达26个。Nadcap热处理审核是Nadcap特种工艺认证审核的主要内容，其参考标准即为AMS2750D。2750D是美国宇航材料规范中,专门对高温测量的要求。该规范修订于2005年9月，取代2750C。AMS2750D主要内容⑴温度传感器⑵仪表⑶系统精度测量(SAT)⑷炉温均匀性测量（TUS）⑸热处理设备1、温度传感器⑴总体要求①温度传感器应符合表1要求，即应采用2750D规定的温度传感器或采用具有相同或更高精度的其它温度传感器。温度传感器分类▲基准、标准▲一等标准▲二等标准▲系统精度校准▲炉温均匀性测量▲控制、记录与监测▲负载②温度传感器分为易耗型（包覆）及非易耗型。测试传感器③温度传感器的校准方法符合ASTME220E207。④温度传感器的正确选择与维护，注意事项:▲传感器的最高、最低使用温度▲传感器的最大允差▲传感器的工作环境、气氛、介质、工艺规范要求▲传感器的使用方式、使用寿命的期望值▲测温成本的限制、操作人员对传感器的管理经验及温度传感器被滥用的可能性。⑵温度传感器使用温度上限①带保护管的温度传感器的推荐使用温度上限，见表2表2带保护管的各种偶丝直径（Awg）温度传感器的推荐使用温度上限（℃）②对铠装热电偶的使用温度上限，见表3。表3各种外径的铠装热电偶的推荐使用温度上限（℃）⑶补偿导线①热电偶丝的化学成分与对补偿导线要求，应符合ASTME230要求，见表4。表4热电偶丝的化学成分和补偿导线的要求②补偿导线不允许绞接，可用与热电偶相匹配的连接件、插头、插座连接见图1。不同国家补偿导线着色见表5。图1补偿导线的插接件表5不同国家补偿导线着色⑷热电偶每盘的丝进行校准①由已校验过盘卷的偶丝，制成的温度传感器，可以代替单独初试校验。即热电偶丝盘卷校准合格，由此盘偶丝制成温度传感器，无需再进行初试校验。②对热电偶长度限制a.L＜305m可一端取样，决定修正系数；b.L＞305m应两端取样，修正系数应为两端抽样测试的平均值；⑸使用①当t＞260℃，K、E型温度传感器重复使用时，其插入深度应与上次相同或更深。②损坏热电偶允许修复⑹易耗型廉金属测试温度传感器的U系数公式①U系数仅适用于易耗型（包覆热电偶）廉金属温度传感器用于系统精度测试及炉温均匀性测试温度传感器，U系数不适用于非易耗型温度传感器及易耗型廉金属负载温度传感器。②禁止任何易耗型廉金属测试温度传感器进行重复校验。③当U＜30，测试温度传感器允许重复使用，U的定义为：U=U1+2×U2U1—650℃以下使用次数U2—650～980℃之间使用次数④当t＞980℃，易耗型廉金属测试温度传感器只允许使用一次温度传感器的使用寿命依据炉温及使用次数而定，禁止重新标定使用。t1260℃1次1205℃t1260℃10次980℃t1205℃30天或90次650℃t980℃90天或180次t650℃90天或270次1支作易耗性的热电偶，如果它达到了规定的最多使用次数或最长使用时间，即达到了允许使用寿命。2、仪表⑴全部采用数字式⑵测试温度传感器的校准精度±1℉或0.1%t⑶所有数字式控制、监测和记录仪表的校准精度必须达到±1.1℃（2℉）⑷校准周期依据炉子等级确定,2类炉为每季度一次,5类炉为半年一次。③在使用温度范围内校准a溯源—修正系数b校准间隔≤140℃,对于高于或低于标准温度不允校准c当使用温度t＞260℃时,K、E不允重复校准d炉温均匀性检测用热电偶，J、N三个月e系统精度检测用热电偶，J、N三个月④取样L＜305米,可一端取样L＞305米,由两端取样,求平均值3、系统精度校准（SAT）⑴在线系统校准：①允差：炉温均匀性检测用热电偶±2.2℃或0.75%系统准确度检测用热电偶±1.1℃或0.4%②校准间隔≤140℃⑵测试传感器校准周期：①S、R、B型贵金属热电偶为6个月②J、N型廉金属热电偶为3个月③t≥260℃，K、E型热电偶不允许重新校准SAT最长允许校准周期取决于炉子等级及仪表的类型，仪表精度越高，SAT允许校准周期越长。⑶系统精度测试热电偶的测量端与控制热电偶测量端的距离≯76mm。而且原则上必须保证每次校准都放在相同位置及插入深度—带校准孔热电偶最好。⑷系统精度测试系统必须带有证书或报告—在线校准仪。测量时炉子升温速度应采用生产中实际的升温速度，这是强制性规定。作者于2003年就提出了系统精度整体校准的理念。[1]热电偶高温计检定方法初探。仪器仪表标准化计量，2003，（4），38-41[2]热处理炉用测温系统检定方法初探，第八次全国热处理大会论文集，2003，北京，P486[3]真空冶金用新型温度传感器及测温系统的校准，真空，2004，41（3）[4]热处理行业测温系统校准方法研究，金属加工，2008，NO.3，P714、炉温均匀性测量（TUS）⑴炉子的等级是根据炉温均匀性,而不再是热处理的类型⑵TUS的测量周期同炉子等级及仪表的类型有关①初始测量要求检测最低、最高温度，如果两者相差△t＞600℉，还需增加测试点②定期测量要求检测使用温度范围内任一点,但每年至少检测一次最低和最高温度⑶TUS对2750D成本影响①规定TUS测量周期②提高仪表精度及增加合格测量次数,可减少测量次数。5、值得讨论的问题⑴炉温均匀性（保温精度）表征热处理炉内温场均匀一致的程度的技术指标：①测量点之间的偏差②测量点与监测点③测量点与设定点④测量点与控制点⑵测量系统的准确度表征测温系统的指示值与实际值或真值的偏离程度。⑶控温精度表征工业炉控温系统对炉温波动的控制能力。二.ASTM的最新动态由ASTM2009年版和IEC（2008年）的材料中可以看出工业热电偶与热电阻的发展方向和趋势。1、关于IEC607512008IndustrialPlatinumResistanceThermometersandPlatinumTemperatureSensors标准，于2008.5.23通过。该标准直译为工业铂热电阻温度计与工业热电阻传感器，我国将标准名称可能译为“工业铂热电阻”、并等同采用此标准作为国家标准，国标起草工作正在进行。从IEC607512008看出铂热电阻的发展特点：1）提高和扩大铂热电阻允差范围：在原A级基础上设AA级，允差从A级±（0.15+0.002|t|）提高到AA级±（0.1+0.0017|t|）、允差除B级±（0.3+0.005|t|）外还增加C级±（0.6+0.01|t|）的铂热电阻。2）正式将膜式电阻纳入标准。3）允差验收试验规定为：（1）制造商测试结果+扩展不确定度＜允差。（2）对用户拒收准则为测试结果+扩展不确定度＞允差。2、ASTM与IEC二大国际标准化组织对标准内容、颁布日期沟通与默契ASTM2008年修订两个标准：工业铂电阻、工业铂电阻试验方法。E1137/E1137-M-08(替代1137-04)IndustrialPlatinumResistanceThermometers，E644-08(替代E644-06)TestingIndustrialResistanceThermometers。并于2007年增加了ASTME2593-07AccuracyVerificationofindustrialplatinumResistancethermometers.标准：工业铂电阻的准确度检验。该标准于2008.1公布，其中介绍了不确定度的A类、B类评定，如何将检测过程中的各项因素分别划分为A类、B类以及ASTME113768标准中的A级允差的不同温度范围的不确定度的评估。如ASTME1137规定铂电阻允差A级=±[0.13+0.0017|t|]℃在550～650℃允差为1.665～1.235℃，该标准的方法在K=2时，计算出不确定度为0.267℃，完全满足其不确定度0.266～0.309℃的要求。对于热电阻的不确定度概念与方法，既然IEC、ASTM已采用，今后必定会扩大应用到热电偶。3、新增廉金属热电偶材料在空气中的热电动势稳定性与时间关系的要求新增ASTME601-07aMeasuringElectromotiveforce(emf)stabilityofBase-MetalthermoelementMaterialswithtimeinAir.廉金属热电偶材料在空气中的热电动势稳定性与时间关系的要求，该标准原为ASTME601-07，在07年11月1日又改为ASTME601-07a。该标准对热电偶长期稳定性试验的要求极为全面严格。例如：1)热电偶放入炉内等温区的长度，从传热学理论给出计算长度公式:L=(2.5cm)其中：h热电偶元件材料的热传导率W/mKd丝材线径mm标准还给出在200℃下热电偶单极的热传导率如：Pt为72W/mK,KP为21W/mK。在检测时贵金属S型（Ф0.5）热电偶最少插入恒温区15mm，廉金属K型（Ф3.2）热电偶最少插入恒温区20mm。2）检测用廉金属热电偶保护管（Al2O3）中杂质含量＜0.5%，其中Fe2O3含量＜0.04%，而对参考铂极用保护管要求更高，杂质含量＜0.5%，其中Fe2O3＜0.04%，Si＜0.08%，刚玉管中的Fe2O3影响绝缘性能，而Si则会玷污铂丝。3）检测记录前4小时要反复测量，在4周内每24h记录一次，以后每周记录两次直至检测完成。ASTME601-7a举例均为500h试验，我国稳定性试验GB/T2614-1998镍铬-镍硅热电偶丝为200h，GB/T17615-1998镍铬硅-镍硅镁热电偶丝为200h，而工业热电偶技术条件JB/T9238规定为250h.。4、在ASTM温度测量卷中引人注目的是取消了ASTME1751-00标准该标准是包涵美国热电偶材料研究的成果，但尚无正式文件进行管理的热电偶，我们称之为非标体系热电偶，它包括W-W26Re(G)型，Platinel-Ⅱ,NiCr-AuFe0.07%,PtMo5-PtMo0.1,PtRh40-PtRh20,NiMo18-NiCo0.8,IrRh40-Ir,AuPt,Pt-Pd等九种热电偶，主要是超高温和深低温用的特殊热电偶，ASTM取消该标准原因是此标准从2000年修订后，8年内未作更新，于2009年3月决定取消，所以ASTME1751-00成为最后一版的标准。ASTME1751-00被取消，但人们会继续引用此标准，这有先例，ANSIMC96.1测温热电偶标准1982年最后一次修改，早已被ASTME230取代，但仍有不少知名企业还引用MC96.1标准。取消ASTME1751-00的影响：1）W-WRe26（G）型今后的发展。2）JJG542-1997金铂热电偶检定规程。5、从ASTME344-08将热电偶分为三类：1）廉金属热电偶、2）贵金属热电偶、3）难熔金属热电偶。难熔金属热电偶定义：（1）热电偶单极材料熔点高于1935℃（3515℉）。（2）热电偶的二个极必须是难熔金属和他们的合金。ASTME344-08对铠装热电偶有严格的定义，但是对铂热电阻没有铠装铂电阻一说，这是我们要注意的。6、从ASTME608-06廉金属铠装热电偶的室温绝缘电阻对绝缘型Ф1.45mm以上最小500Vdc,最小1000MΩ，在高温时要考虑长度Ф1.45m