铜_康铜热电偶的热镀锡膜工艺和测温特性分析.doc

刘晓辉等:铜-康铜热电偶的热镀锡膜工艺和测温特性分析 　3　　　　　 铜-康铜热电偶的热镀锡膜工艺和测温特性分析 Hot Tinning Process of Copper -constantan Thermocouples and Thermometric Characteristics Analysis 刘晓辉　鲁墨森 (山东理工大学, 山东淄博255049 摘　要:针对铜-康铜热电偶测量端利用高温和电弧烧结的测点易变形、脆折, 且需较大的保护管而牺牲灵敏度, 在微环境和温度动态测量中, 不能真实同步反映温度的动态变化过程, 制作了热镀锡膜法焊接的铜-康铜热电偶。通过标定和多项式回归分析, 表明热镀锡膜法制作的铜-康铜热电偶可使用裸测头和小保护管, 且热惰性小、灵敏度高、不断偶; -35～100℃温度范围内, 其测温精度能达到±0105℃, 在实验室、冷暖工程和农业测温应用中具有很好的实用性。 关键词:铜-康铜热电偶; 热镀锡膜法; 多项式回归; 线性 0　引言 度、韧性、绝缘性能及测头大小和价格等方面确定热电偶丝的直径。康铜和康铜丝的直径在 φφ011mm 、013mm 、015mm 、。　测量端的热镀锡膜焊接 铜-康铜热电偶是一种在(-270～400 ℃温度范围内使用的廉金属热电偶, 由铜和康铜两种材料配对组成, 其质地均匀, 热电势大, 灵敏度高, 成本低廉, 广泛应用工农业生产和研究等领域。铜-量的好坏直接影响其测温的灵敏度定性以及线性等特性, , 电偶制作的关键工艺。 铜-, 主要有气焊:利用乙炔火焰使热电偶测量端熔成球状; 对焊:利用对焊机把热电偶测量端熔化成球状; 直流氩弧焊:是用氩气作保护, 以高频引弧, 直流焊接, 并能进行对焊; 电弧焊:用高温电弧将热电偶测量端熔化成球状; 光纤激光微细焊:利用激光的作用使偶丝熔化, 形成微小的热电偶结点; 锡膜焊:以外被锡纸薄膜的导电金属环作为其中一个电极进行电弧焊接。这些焊接方法, 应用于工业测温的相对高温型测头, 加上较大的保护管才能完成相应的测温工作。且这些焊接方法大部分设备复杂, 操作技术要求高, 焊接电压、电流、时间及火焰温度难以掌握, 焊接质量不易控制。操作不当时, 很容易出现焊接点裂纹、玷污甚至因高热造成脆折和变形, 球形焊点基部偶丝损伤。尤其是测温要求反应快, 保护管细小、壁薄或使用裸测头时, 这样制作的测头容易断裂和产生误差, 造成测成率下降, 测温失败。针对上述焊接方式的不足, 适于150℃以下测温要求, 我们试验了一种适合于铜-康铜热电偶制作的新方法———热镀锡膜焊接法。1　热镀锡膜铜-康铜热电偶的焊接工艺111　适用的材料 用较细的磨砂纸把偶丝待焊端(约10mm 长 的塑膜、漆膜和氧化层清除干净。把铜和康铜两根偶丝并在一起, 将其绞接扭紧, 中间不留空隙, 相互之间要挤压紧密。保留1～2匝绞合头, 剪齐, 不散开, 准备焊接。 (1 热镀锡膜焊接试验器材 75W 的内热式电烙铁或专用锡焊装置, 烙铁座, 焊 接试验板, 焊锡丝, 松香, 放大镜, 万用表等。 (2 热镀锡膜焊接步骤 以(50～75 W 电烙铁手工操作为例。接通电源, 预热烙铁, 烙铁头碰到松香时, 松香迅速融化, 触碰焊锡丝, 焊丝完全熔融, 说明温度合适; 蘸一下松香使之容易上锡; 将待焊的热电偶测量端浸入热熔的松香液中洗去偶丝中的氧化物、杂质、污渍等; 在热熔的松香液中给热电偶的绞合头热镀锡膜, 要求熔化的焊锡在热电偶绞合头表面充分扩展, 并使表面润湿。镀膜测头有三种形式, ①球形测头, 即在偶丝绞合部形成直径约为电极直径两倍的晶亮小球。②片状测头, 即把偶丝绞合部镀成略大于绞合点的扁形薄片测头。③针形测头, 即把绞合点周边均匀的镀一层薄锡层, 测头呈线针形; 焊接完毕, 待热电偶焊接点冷却后, 用放大镜观测焊点是否圆润光滑。用万用表电阻档测偶丝电阻, 检验焊接测头是否接触良好。113　参考端的焊接 选择均质性好的铜和康铜材料, 根据用途、机械强 基金项目:山东省科技攻关项目(2008GG1009038 将两根铜芯连接导线与热电偶丝分别热镀锡膜焊 　4　　　　《计量与测试技术》2009年第36卷第11期 接, 焊接点长度10mm 左右。选取长度约150mm 左右直径10mm 左右的薄壁塑料管, 底部热合密封后, 灌入变压器油。将铜与导线、康铜丝与导线的焊接点分别插入灌好变压油的塑料管中, 用棉球塞紧端口, 扎紧密封, 作为热电偶的参考端。传统方法的参考端一般采用玻璃管, 通过试验, 参考端采用薄壁塑料管比玻璃管耐用(抗碰抗摔 , 其热稳定性和导热性在冰浴恒温试验中无明显差别, 且符合冰点参考端恒温0℃的要求。参考端引出的两条铜芯连接导线按正(铜 负(康铜 极接到测量