铂铑热电偶又称高温贵金属热电偶,铂铑有单铂铑(铂铑10-铂铑)和双铂铑(铂铑30-铂铑6)之分,它们作为温度测量传感器,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用,组成过程控制系统,用以直接测量或控制各种生产过程中0-1800℃范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。
铂铑热电偶为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为30%,含铂为70%,负极为铂铑合金,含铑为量6%,故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃,短期最高使用温度为1800℃。
一、铂铑热电偶的优点
铂铑热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长,测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中,也可短期用于真空中,但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿,因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。
二、铂铑热电偶缺点
铂铑热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏读低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。
三、铂铑热电偶的工作原理
是铂铑热电偶是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点温度不同时,就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存在有温差时,显示仪表将会批示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。
四、铂铑热电偶的选择
测量的温度正常在1000~1300℃时建议使用单铂铑热电偶(铂铑10-铂),测量的温度正常在1200~1600℃时建议使用双铂铑热电偶(铂铑30-铂铑6),这样在所使用的温度范围内才能保证铂铑热电偶的使用寿命。
五、主要类型与特点
根据正负极材料成分的不同,工业上常用的标准化铂铑热电偶主要分为S型(铂铑10-铂)、R型(铂铑13-铂)和B型(铂铑30-铂铑6)三种 。其中S型和R型俗称单铂铑热电偶,B型俗称双铂铑热电偶 。
S型(铂铑10-铂,分度号S)热电偶的正极为铂铑10合金(含铑10%),负极为纯铂,故俗称单铂铑热电偶。长期最高使用温度为1300℃,短期可达1600℃。S型热电偶在热电偶系列中具有准确度较高、稳定性较好、测温温区宽、使用寿命长等特点,物理化学性能良好,热电势稳定性及高温抗氧化性能好,适用于氧化性和惰性气氛。其不足之处是热电势及热电势率较小、灵敏度较低、高温下机械强度下降、对污染非常敏感且材料成本高昂。
R型(铂铑13-铂,分度号R)热电偶的正极为铂铑13合金,负极为纯铂。长期最高使用温度为1300℃,短期可达1600℃。其性能与S型热电偶基本相似,但热电动势略高,在国际上(尤其是欧美标准)应用较多。
B型(铂铑30-铂铑6,分度号B)热电偶的正极为铂铑30合金,负极为铂铑6合金,故俗称双铂铑热电偶。长期最高使用温度为1600℃,短期可达1800℃,是测温上限较高的标准化贵金属热电偶。B型热电偶一个显著优点是在0~50℃范围内热电势极小(通常小于3μV),因此在此温度区间内通常无需使用补偿导线。同样适用于氧化性和惰性气氛。
综上所述,铂铑热电偶(S、R、B型)的共同优点包括准确度较高、稳定性较好、测温上限高、适用于氧化性和惰性气氛。其共同缺点则包括热电势率较小导致灵敏度较低、高温下机械强度会下降、对污染(特别是还原性气氛及硫、磷、硅等蒸气)非常敏感,且因使用贵金属材料导致成本较高。
六、维护与故障处理
铂铑热电偶作为精密温度传感器,其测量精度和使用寿命依赖于正确的维护和及时的故障处理。
长期在高温下使用后,铂铑热电偶的热电特性可能发生漂移,需通过定期校准(如每年)以确保精度,校准方法包括定点校准(如钯点、铂点)。在规范使用下,其寿命可达数千小时。性能衰减可能因高温下铑元素升华、晶粒粗化或污染导致,在还原性气氛或污染环境中寿命会显著缩短 。
通过合理的退火(调质处理),如空气中吊丝退火或炉内退火,可以消除标准铂铑热电偶因冷加工或使用产生的内应力,改善金相组织,从而提高其热电稳定性和精度,减小误差。
当仪表显示异常(如“OVER"、“000")时,可依次检查:用导线短路仪表输入端,若显示室温则可能热电偶开路;替换为正常热电偶测试;用万用表测量热电偶两端电阻,阻值很大则可能内部开路。显示负值可能是热电偶正负极接反。显示温度与实际偏差大(如30-60℃)可能是仪表分度号设置错误。输出信号异常或寿命缩短需检查导线连接或绝缘层破损,寿命缩短也可能因高温挥发或晶粒粗化导致。