防爆、真空、超低温等特殊极端工况下,常规热电偶与热电阻为何无法适配?专用特种测温元件的技术升级要点是什么?
防爆改的是外壳和回路。隔爆型把接线盒铸成厚壁腔体,隔爆面间隙控制在零点一五毫米以内,宽度不小于六毫米,内部爆炸产生的火焰和高温气体在穿过狭缝时被冷却到不会点燃外部可燃气体的程度。本安型则从源头限制能量,传感器回路的最大电流、电压和储能元件都被安全栅锁死在点火阈值以下,即使两根线直接短路也不会产生足以引燃的火花。同时补偿导线也要换成经过认证的本安型,分布电感和电容都受到严格控制。热电阻的防爆版本还要特别注意自热问题,本安回路已经把电流限制在一毫安以下,既满足防爆要求又把自热温升压到最低。

真空改的是材料和密封。常规铠装内部的氧化镁在真空中会持续放气,污染炉膛的同时还会改变偶丝表面的化学成分。真空级产品用高纯氧化铝或经过真空煅烧的氧化镁替代普通氧化镁,出气率可以降低几个数量级。保护管材质根据真空度分级选用,低真空用不锈钢,中高真空用因科镍合金,一千六百度以上的高温真空只能用钼管、钨管或刚玉管。偶丝本身也要避开易挥发的合金元素,钨铼热电偶在真空中可以稳定工作到两千三百摄氏度,是高温真空工况的首选。穿舱密封不再用橡胶O型圈,改用无氧铜垫片加金属压紧螺母,必要时做成双层密封结构。热电阻在真空中面临更根本的问题,因为没有气体对流,感温元件只能靠辐射和固体导热与介质交换热量,读数偏差大且不稳定。真空工况下热电阻基本被放弃,全部改用热电偶。

超低温改的是芯片和分度。常规热电偶在零下一百摄氏度以下热电势曲线变得非常平缓,信号弱到无法分辨,同时冷端补偿的相对误差被极度放大。超低温热电偶改用特殊配对,T型铜康铜可以下探到零下两百摄氏度,金铁镍铬等特种偶丝可以覆盖到液氦温区。热电阻方面,常规绕线式铂电阻在反复深冷循环后铂丝会因热膨胀不匹配而开裂,薄膜铂电阻把铂膜溅射在蓝宝石或硅基片上,热膨胀系数接近,可以承受从室温到液氮温度的反复冲击而不损坏。分度表也要换成国际温标ITS-90的低温分支,覆盖四点二开尔文到零下两百七十三点一五摄氏度的完整范围,不能用常温Pt100的分度表外推。引线必须用四线制加低温同轴电缆,彻底消除引线电阻的影响。保护管用低温韧性不锈钢,在零下一百九十六摄氏度仍然保持良好的冲击韧性,不会脆裂。