加工工藝對熱電偶補償導(dǎo)線熱電勢影響

[摘要]研究了WC3/25、SC熱電偶補償導(dǎo)線合金絲在不同變形量、不同溫度退火條件下的電阻率、硬度、晶粒度,以及作為負極與純銅正極組成補償導(dǎo)線的熱電勢的變化規(guī)律。研究表明:隨變形量的增加，合金絲的電阻率升高，上述熱電勢降低;隨退火溫度升高，合金絲電阻率下降，熱電勢升高。而在再結(jié)晶溫度范圍，合金絲的電阻率有升高趨勢，熱電勢有下降過程。此變化規(guī)律對于補償導(dǎo)線及熱電偶的各類接插件的生產(chǎn)加工及精度控制有重要的指導(dǎo)意義。
　　熱電偶結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、精度較高、使用方便、測量范圍廣，在冶金、石油、化工等方面得到了廣泛的應(yīng)用。熱電偶測溫是通過由熱電偶、二次顯示儀表及連結(jié)接線組成的測溫系統(tǒng)測得熱電勢而確定測量端的溫度。由于測量端的溫度較高，且不斷波動，為使測量儀表有更準確的顯示，通常用廉價的補償導(dǎo)線將熱電偶自由端延伸到溫度恒定的場所,然后設(shè)法加以補正，以獲得較正確的溫度測量結(jié)果。
　　補償導(dǎo)線對材料要求在一定溫度范圍內(nèi)應(yīng)有熱電偶的熱電特性，一定的強度、塑性及耐蝕性，同時須成本較低、價格便宜。目前國內(nèi)外已研究出可配合各.類熱偶使用的各類補償導(dǎo)線，并規(guī)定在一定溫度范圍內(nèi)的熱電勢及允差值，按允差大小將補償導(dǎo)線分為普通級(B)和精密級(A)兩類。設(shè)計適宜的成分,
開發(fā)廉價、精密、耐腐蝕的新型補償導(dǎo)線是材料行業(yè)的熱門課題，而對已知成分合金絲的加工工藝對補償導(dǎo)線熱電勢的影響卻很少見到報導(dǎo)。
　　Cu-0.6%Ni合金絲(SC型補償導(dǎo)線的負極)、Cu-1.5%Ni合金絲(WC型補償導(dǎo)線的負極)加工工藝對熱電勢的影響規(guī)律,以指導(dǎo)熱電偶補償導(dǎo)線及各類接插件的生產(chǎn)和精度的控制與調(diào)整。
1實驗材料及條件
1.1實驗材料
Cu-0.5%Ni合金絲、Cu-1.5%Ni合金絲，直徑為1.37tmm。
1.2加工工藝
　　將φl.37mm的合金絲進行冷拔，分別拉拔到直徑φl.22mm、φl.06mm、φ0.86mm,相應(yīng)的塑性變形量為20%、40%、60%.
　　退火溫度分別為200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、600℃、650℃。
1.3實驗條件
　　電阻率測定采用QJ19型雙臂電橋電阻測量儀,硬度測定采用HAUSER249A型半自動光學維氏硬度計，晶粒度測定采用NeophotI型大型臥式金相顯微鏡，熱電勢測定采用UJ31電位差計。
2實驗結(jié)果與討論
2.1形變量對補償導(dǎo)線熱電勢的影響
　　圖1為WC3/25.SC型補償導(dǎo)線熱電勢與負極形變量關(guān)系曲線。變形量分別為20%、40%、60冷拔變形。熱電勢是以冷拔變形負極與純銅正極在100C時測得的。由曲線可見:隨變形量增加，熱電勢降低。其原因是形變使合金組織中位錯等缺陷密度增大，殘余應(yīng)力增大，使合金電阻升高，致使回路中熱電勢降低。
 
2.2退火溫度對補償導(dǎo)線熱電勢的影響
　　對WC3/25補償導(dǎo)線負極Cu-Ni合金經(jīng)20%、40%、60%冷變形的絲材進行200℃~650℃不同溫度的退火，測量其電阻率、硬度、晶粒尺寸，并與純銅絲正極組成熱偶，測定在100℃時的熱電勢可得出相應(yīng)的曲線。
 
　　圖2、圖3分別為不同變形量的WC3/25、SC合金絲的電阻率與退火溫度的關(guān)系曲線。由電阻一溫度曲線可見，形變合金絲的電阻率隨退火溫度的升高有下降的趨勢。而在250C~300℃之間反而出現(xiàn)電阻的升高,這說明隨著退火溫度的升高變形金屬內(nèi)部發(fā)生內(nèi)應(yīng)力的消除，位錯的移動、重新排列以及位錯密度的減小，而當再結(jié)晶開始時，無畸變小晶粒形成，晶界總量增加導(dǎo)致電阻率的升高。隨后退火溫度升高，新的無畸變晶粒長大，又使晶界總量減少，使電阻率連續(xù)下降。
　　圖4為經(jīng)60%冷變形的WC3/25、SC合金絲在不同溫度退火后的晶粒尺寸變化曲線。它反映了兩種材料再結(jié)晶退火時的晶粒長大趨勢。
　　圖5、圖6分別為WC、SC負極銅鎳合金絲三種冷變形經(jīng)不同溫度退火后與純銅絲組成熱偶，在100℃時測出的熱電勢變化曲線。曲線表明，變形合金絲在退火全過程中熱電勢有升高趨勢，在再結(jié)晶溫度以下熱電勢緩慢升高;再結(jié)晶進行階段熱電勢有下降過程;而高于再結(jié)晶溫度以上熱電勢隨退火溫度升高顯著增高。
 
　　圖7、圖8分別是WC3/25、SC合金絲不同變形量的三條硬度-退火溫度關(guān)系曲線。曲線的走向呈下降趨勢，在再結(jié)晶發(fā)生階段硬度下降得劇烈。硬度下降50%的退火溫度即該合金的再結(jié)晶溫度。由60%變形合金的退火硬度曲線可見，WC3/25合金絲的再結(jié)晶溫度為340℃，SC合金絲的再結(jié)晶溫度為325C。
 
3結(jié)論
　　對已知成分的補償導(dǎo)線負極進行不同程度的冷塑性變形及不同溫度的退火處理，可獲得不同的組織與性能。與純銅正級配對后獲得不同的熱電勢，其熱電勢隨負極材料的變形程度與退火溫度的不同呈一定規(guī)律性的變化，此規(guī)律使補償導(dǎo)線或接插件的生產(chǎn)具有可控性，使其精度具有了可調(diào)整性。