侯運(yùn)安，趙雪茹，王兵利，蘇劍

(西安航空發(fā)動機(jī)股份有限公司，陜西西安，710021)

0 前言

鎧裝貴金屬熱電偶由于具有結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固耐用，測溫范圍寬，測溫精度高，機(jī)械強(qiáng)度及耐壓性能好，能彎曲，能在高低溫、腐蝕性強(qiáng)等惡劣條件下安全使用等特性，被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、航天、航空等溫度控制和測試領(lǐng)域。鎧裝貴金屬熱電偶通常和顯示儀表、變送器及電子調(diào)節(jié)器配套使用組成測溫或過程控制系統(tǒng)。

由于鎧裝貴金屬熱電偶偶絲位于保護(hù)管內(nèi)部，通過肉眼無法準(zhǔn)確辨識出電偶測量端位置，因而鎧裝貴金屬熱電偶在校準(zhǔn)和使用過程中會引入一定的測量誤差。為了進(jìn)一步提高鎧裝貴金屬熱電偶校準(zhǔn)及使用時(shí)的準(zhǔn)確度，本文提出了一種利用X 光照相檢測技術(shù)對此類電偶測量端進(jìn)行準(zhǔn)確定位后進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。

1 鎧裝貴金屬熱電偶結(jié)構(gòu)

鎧裝貴金屬熱電偶是將熱電偶絲用無機(jī)物絕緣及金屬或陶磁套管封裝，壓實(shí)成堅(jiān)實(shí)的組合體。常用鎧裝貴金屬熱電偶的結(jié)構(gòu)型式見圖1。

圖1 鎧裝貴金屬熱電偶實(shí)物及結(jié)構(gòu)圖

由圖1 可以看出，由于制造工藝流程不規(guī)范等原因，鎧裝熱電偶制作完成后，封裝在保護(hù)管內(nèi)的測量端位置無法準(zhǔn)確定位，這會對熱電偶的校準(zhǔn)和使用造成兩方面的影響。

第一，根據(jù)JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》要求，鎧裝熱電偶校準(zhǔn)過程中應(yīng)使鎧裝貴金屬熱電偶測量端和標(biāo)準(zhǔn)電偶測量端位于同一個(gè)徑向截面上，如圖2所示。由于鎧裝熱電偶測量端的具體位置無法知曉，通常校準(zhǔn)時(shí)默認(rèn)測量端在外保護(hù)管的底部，將鎧裝貴金屬熱電偶外護(hù)管底部和標(biāo)準(zhǔn)電偶外保護(hù)管底部位于同一個(gè)徑向截面上進(jìn)行捆扎后校準(zhǔn)，由于被校鎧裝熱電偶測量端位置的不確定性，往往導(dǎo)致校準(zhǔn)時(shí)被校鎧裝熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測量端不在同一個(gè)徑向截面上，如圖3所示。這必然會增加校準(zhǔn)時(shí)爐溫場不均勻引入的誤差。

圖2 校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的熱電偶測量端位置示意圖

圖3 實(shí)際校準(zhǔn)中熱電偶測量端位置示意圖

第二，在利用鎧裝貴金屬熱電偶進(jìn)行熱電偶檢定爐爐溫均勻性測試過程中，要求把熱電偶測量端準(zhǔn)確布放在規(guī)定的測溫點(diǎn)位置，由于不能對鎧裝貴金屬熱電偶測量端準(zhǔn)確定位，測量過程中一般默認(rèn)電偶外保護(hù)管底部就是測量端，那么在爐溫均勻性檢測過程中，會對熱電偶檢定爐有效工作區(qū)尺寸測量結(jié)果帶來誤差，造成不必要的重復(fù)測試從而浪費(fèi)資源。

2 X 光照相檢測技術(shù)

為解決鎧裝貴金屬熱電偶在校準(zhǔn)和使用過程中存在的上述問題，我們通過X 光照相檢測技術(shù)對其測量端進(jìn)行準(zhǔn)確定位。X 射線是一種波長很短、頻率很高的電磁輻射，其檢測原理是利用X 射線所具有的較強(qiáng)的穿透能力。穿透被測物的射線帶有反映被測物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，通過射線強(qiáng)度的變化來檢測與評判材料或工件內(nèi)部各種宏觀或微觀缺陷的性質(zhì)、大小和分布情況。

對熱電偶測量端位置檢測時(shí)我們選用的是450 型X 光檢測儀。首先將鎧裝熱電偶外套管進(jìn)行清理，避免表面雜質(zhì)對X 光照相檢測儀成相質(zhì)量造成影響，同時(shí)接通450 型X 光檢測儀電源，待數(shù)顯電壓表示值穩(wěn)定后將被測熱電偶放置在X 射線管與像增強(qiáng)器之間，調(diào)整數(shù)顯面板上的電流和電壓調(diào)節(jié)旋鈕，直到可以看到保護(hù)管內(nèi)部結(jié)構(gòu)位置，此時(shí)即可判定出熱電偶測量端的位置。

通過X 光照相發(fā)現(xiàn)，每支鎧裝貴金屬熱電偶的測量端同其外護(hù)管底部之間的距離幾乎都是不一致的，如圖4所示，選取的拍攝試樣熱電偶中二者最大距離有30 mm，而貴金屬熱電偶檢定爐有效均勻溫場的長度只有20 mm，上述距離差異不僅使被校鎧裝熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測量端無法位于同一徑向截面上，而且有可能使熱電偶的測量端在校準(zhǔn)過程中位于檢定爐的有效均勻溫場之外。

圖4 X 光照相檢測技術(shù)確定的測量端

利用X 光照相檢測技術(shù)對鎧裝貴金屬熱電偶測量端準(zhǔn)確定位后，可以在熱電偶外保護(hù)管上標(biāo)示出每支熱電偶測量端距外保護(hù)管底部的距離，作為校準(zhǔn)和使用過程中確定測量端位置的依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，校準(zhǔn)時(shí)還要對鎧裝貴金屬熱電偶的捆扎方式稍作改變，將被校鎧裝貴金屬熱電偶標(biāo)記的測量端位置與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測量端位置對齊進(jìn)行捆扎，這樣可確保被檢和標(biāo)準(zhǔn)的測量端位于同一徑向截面上。

3 X 光照相檢測技術(shù)使用前后校準(zhǔn)結(jié)果的比較

選取兩支S 型全新鎧裝貴金屬熱電偶，分別使用之前的方法(未進(jìn)行被校鎧裝熱電偶測量端位置定位)和改進(jìn)后的方法(使用X 光照相檢測技術(shù)進(jìn)行被校鎧裝熱電偶測量端位置定位)在銅點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，將前后兩次方法在銅點(diǎn)的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比對，結(jié)果如表1、表2、表3所示。

從表1 ～表3 可以看出，兩種不同方式的校準(zhǔn)結(jié)果相差至少1℃。

另外，通過采用X 光照相檢測技術(shù)對鎧裝貴金屬熱電偶測量端進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，在爐溫均勻性測試過程中我們也可以更加準(zhǔn)確地將鎧裝貴金屬熱電偶測量端布放在規(guī)定的測溫位置，避免了有效加熱區(qū)擴(kuò)大造成的重復(fù)測試。

表1 未進(jìn)行被校鎧裝熱電偶測量端位置定位的校準(zhǔn)結(jié)果

表2 使用X 光照相檢測技術(shù)進(jìn)行被校鎧裝熱電偶測量端位置定位后的校準(zhǔn)結(jié)果

表3 兩種測量方式的測量結(jié)果比對

通過上述改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對比得出結(jié)論:準(zhǔn)確測量鎧裝貴金屬熱電偶的實(shí)際測量端位置對于熱電偶校準(zhǔn)結(jié)果的影響很大，故校準(zhǔn)前對鎧裝貴金屬熱電偶測量端位置的確定是必要的。

4 結(jié)束語

通過對鎧裝貴金屬熱電偶進(jìn)行X 光片拍攝，獲得鎧裝貴金屬熱電偶測量端在鎧裝外保護(hù)管內(nèi)具體位置的校準(zhǔn)方法，從根本上解決了鎧裝貴金屬熱電偶校準(zhǔn)時(shí)由于測量端位置不準(zhǔn)確對校準(zhǔn)結(jié)果帶來的影響，避免了因校準(zhǔn)結(jié)果的不確定性造成的對校準(zhǔn)結(jié)果誤判的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］國家質(zhì)量檢督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF1262-2010 鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)量出版社，2010.

［2］國家質(zhì)量檢督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG141-2013 工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程［S］.北京:中國質(zhì)檢出版社，2013.

［3］國家質(zhì)量檢督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T18404-2001 鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.