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    鎧裝熱電偶

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    鎧裝熱電偶絕緣電阻的分析與改進

    來源:www.jz82524.com作者:發表時間:2017-11-09 11:21:22

     摘 要:絕緣電阻是溫度儀表鎧裝熱電偶的技術參數之一,單位有MΩ. m 和MΩ兩種。鎧裝熱電偶產品因為使用鎧裝熱電偶電纜,產品絕緣電阻的檢測值與測溫元件鎧裝電纜的絕緣電阻值密切相關,鎧裝熱電偶電纜的性能指標直接決定鎧裝熱電偶產品絕緣電阻技術指標。

     
    0 引言
            絕緣電阻是溫度儀表鎧裝熱電偶產品的技術參數之一,單位有MΩ.m和MΩ兩種。鎧裝熱電偶產品因為使用鎧裝熱電偶電纜,產品絕緣電阻的檢測參數與原材料鎧裝熱電偶電纜的絕緣電阻參數密切相關。
     
            鎧裝熱電偶(電纜)的絕緣電阻有室溫和高溫兩種,與長度和溫度有關,隨著長度增長和溫度上升,其絕緣電阻逐漸下降。室溫絕緣電阻是鎧裝熱電偶產品的出廠檢驗項目,產品出廠檢驗時必須用兆歐表對產品進行一一檢驗。高溫絕緣電阻是產品型式試驗項目之一,一般每5年對產品進行一次型式試驗。
     
    1 絕緣電阻的標準規定
            鎧裝熱電偶產品使用的測溫元件為鎧裝熱電偶電纜。標準GB/T18404-2001對鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶產品的絕緣電阻給出了明確的檢驗參數。
     
    1.1 絕緣電阻的測量方法
            絕緣電阻檢驗時應使用500V的兆歐表進行檢測。絕緣電阻的檢驗應在偶絲與偶絲之間、偶絲與套管之間測量,如圖1所示。
    絕緣電阻檢測測量
    1.2 鎧裝熱電偶電纜的絕緣電阻
            標準4.2.2.2條款明確指出:在室溫絕緣電阻和高溫絕緣電阻測量時,樣品長度、試驗溫度和絕緣電阻值(單位:MΩ.m)如表1所示 [1] 。
    室溫、高溫絕緣電阻值
    1.3 鎧裝熱電偶的絕緣電阻
            標準5.2.2條款明確指出:在室溫絕緣電阻和高溫絕緣電阻測量中,樣品長度、試驗溫度和絕緣電阻值如表2所示 [1] 。
    室溫、高溫絕緣電阻值
    1.4 鎧裝熱電偶電纜和鎧裝熱電偶的絕緣電阻比較
            初次使用標準時,許多使用者對表1和表2中的單位比較疑惑——同是絕緣電阻,為何表1中的單位為MΩ·m,而表2中的單位MΩ。實際上表2中長度一欄中“全長”即與“·m”的意義相同。
     
            因為鎧裝熱電偶電纜或鎧裝熱電偶的絕緣層具有有限的導電性,絕緣電阻隨電纜或熱電偶長度的增加而減小 [1] 。所以對于大于1米鎧裝熱電偶電纜或鎧裝熱電偶,標準規定其高溫絕緣電阻檢驗符合全長≥5MΩ即為合格。
     
    2 影響絕緣電阻的因素
    2.1 鎧裝熱電偶電纜結構
            鎧裝熱電偶電纜是把保護套管(材料為不銹鋼或鎳基高溫合金)、絕緣材料(高純脫水氧化鎂粉或氧化鋁粉)與熱電偶絲組合在一起拉制而成 [2] ,如圖2所示。絕緣材料是用來使偶絲之間,偶絲與金屬套管之間絕緣的材料。選擇絕緣材料時,主要考慮的因素是:材料的電氣絕緣性能,化學的穩定性、適應性、熱膨脹、熱傳導、相對硬度、致密度和中子輻照效應以及經濟性等。標準GB/T18404-2001對套管的壁厚、絕緣層厚度和偶絲直徑均給出了相關規定,需求說明的是鎧裝熱電偶電纜的絕緣電阻與絕緣材料相關。常用的絕緣材料有:MgO、Al2O 3 、ZrO 2 、BeO、TnO 2 等 [3] ,在1200℃以上時,絕緣粉的絕緣電阻急劇下降,從而導致產品的高溫絕緣電阻急劇下降。若將絕緣粉燒結成絕緣管,其絕緣電阻將比相同粉體材質提高10倍,目前高溫用熱電偶絕緣管主要有高純Al 2 O 3 、BeO及BN管。
    電纜橫截面圖
    2.2 絕緣管性能
            絕緣管用來對熱電極(偶絲)之間以及熱電極與保護管之間進行絕緣,絕緣管不僅絕緣電阻高,還可以防止因熱應力而斷線的事故發生。其優良性能如下:
            1)耐高溫——在熱電偶溫度測量上限使時不產生變形、黏著等現象。
            2)化學性能穩定——特別是經高溫下的化學性能要穩定。
            3)高溫下的絕緣性能好。
            鎧裝電纜制作時,絕緣管性能的好壞直接影響產品的最終性能。對于爐壁產品,一般鎧裝電纜長度均在10米以上,所以爐壁產品使用的鎧裝熱電偶電纜必須具有非常好的絕緣性能,才能確保高溫測量時產品絕緣電阻符合標準規定。
     
    3 高溫絕緣電阻的質量改進
            2012年年底我公司向用戶供應了522支爐壁類產品,用戶反映有74支產品高溫絕緣電阻不達標。檢驗人員在用戶退回的不合格產品中隨機抽檢了8支產品進行了高溫檢測,如表3所示,其中有5支產品高溫(500℃)絕緣電阻不達標。
    檢測參數表
    針對本批產品出現的高溫絕緣電阻不合格問題,技術人員采取的質量改進措施如下:
            1)提高絕緣管原材料質量,選用高純度絕緣管拉制的鎧裝電纜。
            2)改進加工工藝:如改進絕緣材料調配工藝、改進高溫烘箱溫度工藝等。加工工藝的改進既保證了熱電偶的高溫密封性能,又保證了產品在高溫條件下的絕緣電阻要求。
            3)將高溫絕緣電阻作為鎧裝熱電偶電纜檢驗項目進行抽樣檢驗。
     
    4 結束語
            鎧裝熱電偶電纜是鎧裝熱電偶產品的關鍵部件,其性能指標直接決定產品的最終技術指標。在鎧裝熱電偶電纜拉制過程中,必須確保原材料絕緣粉的質量,才能確保電纜的性能指標,最終確保鎧裝熱電偶產品的高溫絕緣電阻技術性能指標,滿足用戶高溫測量環境時的絕緣電阻需求。
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