熱電偶焊接方式對測溫正確性的影響

摘要:溫度測量的準確性直接影響到金屬材料的相變點等溫轉變曲線、連續冷卻轉變曲線的可靠性。以三種焊接方式對相變點進行測試,通過對測溫結果的對比,找出了理想的熱電偶焊接方式,并進行了理論推導,證明了其可行性。
試驗條件
1.1試驗用鋼
　　采用U74鋼種,化學成分如表1。試樣經850℃退火以消除應力及內部組織的不均勻性。
 
1.2試驗設備
　　試驗所用設備為日本產Fomnaster-D(FIM-4型)全自動相變儀。熱電偶采用直徑為0.2mm的鉑銠10-鉑熱電偶。試樣尺寸為暢φ3×10mm,一端有一個φ2×2mm的小孔。
1.3試驗條件
　　選用200℃小時的速度均勻升溫,以最大限度接近平衡轉變,儀器所用加熱方式為高頻感應加熱方式。
1.4熱電偶焊接方法
第一種焊接方法(I),如圖1所示。
第二種焊接方法(II),如圖2所示。
第三種焊接方法(III),如圖3所示。
第一、二種焊接方法均為首先用碳弧焊將熱電偶兩極先焊在一起,然后再分別用儲能焊焊在試樣小孔的底部中心位置及外表面處。第三種焊接方法是將熱電偶兩極分別用儲能焊直接焊于試樣小孔的內外壁上。
 
2測量結果
　　熱電偶以三種焊接方式測量U74鋼種的相變點,其測試結果如表2.
 
　　由表2數據可看出,第一二種方法所測相變點結果偏低,與U74鋼種實際相變點相差較大,且分散度也大,最高可達20℃.而第三種方法不僅重復性好,而且也符合U74鋼種的實際相變溫度。
3結果分析
　　通常高頻感應加熱外表面溫度總是高于心部，但對于所用的小試樣來說,在升溫速度為200℃小時的情況下，且設備的感應圈是在真空恒溫的環境下工作的,其溫度的分布可以看為均勻的。這從三種焊接方法所測得的相變點的平均值也可看出。
3.1分析討論
第一、二種方法所測結果與U74鋼種實際相變點相差很大。這是由于焊接圓頭大小及碳的影響。焊接圓頭越大,散失的熱量越多，并且每次所焊圓頭大小不可能完全等同,這樣造成測溫結果偏低且使測溫分散度也較大。另外,將電偶兩極用碳弧焊進行焊接時,由于碳的擴散,必然造成焊接圓點處碳含量的增加，從而影響測試結果。
　　而對第三種焊接方法來說,其導熱誤差小。原因是:①熱電偶先焊在一起時,由于焊接圓頭比熱電偶分測兩點的面積要大,所以散失熱量多,測量端溫度改變較大使溫度偏低。反之,熱電偶分開焊時熱量散失少,測溫準確。②在相同的外界條件下,以圖4中(a)、(b)兩種焊法來說,若焊點面積相同,則它們通過兩個熱電極向外界擴散的熱量可以認為是一樣,但是它們所散熱量的來源不同。(a)來源于一點;(b)來源于兩點。因此(a)的導熱誤差大。所以以(b)的形式連接熱電偶所測結果準確,重復性也好。以第三種方式將熱電偶分別用儲能焊焊在試樣上可避免焊接圓頭大小的影響。
 
3.2理論推導
　　第三種熱電偶焊接方法測溫回路見圖5。回路總電勢為:
 
　　可見只要導體C均質、均溫,導體C的加入不影響回路中的電勢,總電勢與C導體無關。上式證明了熱電偶兩極分別焊接于試樣內外壁上測溫的可行性。且此方法測溫準確可靠。
 
4結論
　　經實驗證明,熱電偶兩極分別用儲能焊焊在試樣小孔的內外壁上,所測溫度能準確反映試樣溫度,重復性也較好。