導熱絕緣表面測試用熱電偶

摘要:導熱絕緣表面測試用熱電偶是組件部件及產品表面溫度測試時所使用的溫度傳感器,廣泛應用于各試驗階段的異常能耗監測等方面,通過分析溫度變化情況,獲得測試點發熱量數據，驗證組件部件及產品是否有異常能量損耗或其他缺陷。選擇合適的表面絕緣介質,通過試驗驗證介質的導熱性和絕緣性,然后加工至熱電偶表面,制作成導熱絕緣熱電偶,再試驗驗證其有效性。
0引言
　　熱電偶是一種廣泛應用于生產生活各個方面的溫度傳感器,所在單位測試使用的標準設備原是Fluke2638和T型、K型熱電偶,K型用于300℃以上溫度測試,T型用于300C以下。將測試所用的熱電偶通過熱電偶點焊機進行焊接(焊點為球型),測試時,將其與被測件之間使用絕緣雙面膠粘貼,然后外部用紙膠帶固定。目前,該方法存在三方面的問題:(1)焊接好的熱電偶的測溫端為球型，與產品接觸為一個點,導熱性能無法保證。(2)雖然絕緣雙面膠可以保證測試過程免受被測件的電信號的干擾,但測試會受絕緣雙面膠導熱性能影響，存在熱傳遞延遲問題,由于雙面膠的最高使用溫度為600℃,會隨溫度升高,因此其附著性會受到影響，產生膠層脫落,影響測試精度;(3)有些測試需在產品空間內部的狹小區域粘貼傳感器,由于雙面膠厚度為2mm,若將熱電偶粘貼于其上,會導致部分關鍵區域無法測試,從而影響測試結果的完整性,因此該方法無法適用于目前的表面溫度測試需求。
　　導熱絕緣表面測試用熱電偶是應用于各種被測件表面的一種溫度傳感器,與普通的熱電偶相比,具有溫度相應速度快、抗干擾能力強、正確性高、可在產品內部狹小區域測試等優點，能夠完全解決原測試所出現的問題。
1目標和過程
1.1目標
　　可用于表面溫度測試的溫度傳感器,需滿足溫度范圍(-80~1200)℃的測試要求,精度等級1級,測量端可直接附著于被測件表面,在用于封裝熱電偶時，絕緣介質導熱性良好,絕緣電阻大于15MΩ,可在狹小空間內完成測試。
1.2過程
(1)選取符合條件的熱電偶材料和導熱絕緣介質。
(2)制作符合型號試驗要求的熱電偶,并進行性能試驗。
(3)進行產品驗證。
2選型試驗
2.1導熱絕緣介質選型
　　導熱絕緣介質選型是通過對3種已知的導熱絕緣介質進行試驗,篩選出符合要求的產品。試驗內容主要包括導熱試驗和絕緣試驗。
2.1.1導熱試驗
(1)絕緣漆涂裝:選用大小、材質和形狀相同的3個50mL玻璃瓶,清潔瓶內部,確保其干凈整潔,將.3種不同的導熱絕緣漆加入瓶中，置于通風處,使其自然凝固。
(2)試驗過程:將表面溫度源設置為200℃,穩定30min后,再將瓶子放置于表面溫度源上,使用紅外測:溫儀測量瓶頂溫度,并記錄從放置表面溫度源開始到達高溫度所用的時間,數據如表1所示。
 
2.1.2絕緣試驗
(1)絕緣漆涂裝:將3種絕緣漆涂裝至相同規格的熱電偶上，在通風處烘干。
(2)試驗過程:使用絕緣電阻表測試熱電偶測量端至接線端的絕緣電阻并記錄，數據如表2所示。
 
　　由以上數據可知,2號導熱絕緣膠符合要求。
2.2熱電偶選型
　　熱電偶選型試驗主要通過對10種型號的熱電偶進行試驗,篩選出符合要求的產品。
　　試驗方法:將10只熱電偶測溫端和標準鉑電阻捆扎在一起,置人制冷恒溫槽和恒溫油槽中進行測試,記錄(-80~300)℃的測試數據。測試完成后,將7號、8號9號、10號捆扎，并放人石英管中和二等標準S熱電偶,同時置人熱電偶檢定爐中進行測試,記錄(600~1200)℃的測試數據,如表3所示。
 
　　綜上所述,T型熱電偶選用偶絲直徑為0.3mm的薄膜熱電偶;K型選用偶絲直徑為0.3mm的薄膜熱電偶。
3導熱絕緣熱電偶制作和性能試驗
　　將10根偶絲外徑為0.3mm、測溫端厚度為0.06mm的T型和K型熱電偶的測溫端完全浸泡在導熱絕緣漆中,放置10s后拿出,在通風處晾干后再次浸泡,共浸泡三次,晾干后進行熱電偶測試和絕緣性測試,如表4所示，
 
　　由表4可知,制作完成的熱電偶均為1級,且絕緣電阻大于15MΩ,滿足使用要求。
4產品試驗驗證
　　對制作好的導熱絕緣表面測試用熱電偶進行實際測試,在較大功率發熱件表面，熱電偶信號無失真、無短路現象,結果良好,完全反映了試驗件表面的溫度變化情況。
5主要技術問題及解決情況
　　主要技術問題有導熱絕緣漆選型導熱絕緣漆試驗、薄膜熱電偶選型。導熱絕緣漆選型是該熱電偶過程中的首要技術難題。最初,筆者選用中科院大連所的聚芳醚銅紫外光固化涂料，該涂料是國產化替代項目,用于電路板的封裝等,其絕緣性好,溫度最高可達175℃,可滿足大部分的現場表面溫度測試需求。而后又采導熱絕緣漆,最高使用溫度為260℃,導熱性、絕緣性良好。
　　導熱絕緣漆試驗最初選用的測試方法有:(1)使用銅片在上面刷漆,然后將銅片置于表面溫度源上,通過紅外測溫儀測試銅片溫度;(2)直接在熱電偶上刷漆,然后投人恒溫槽;(3)使用酒精燈直接烘烤涂漆的熱電偶。由于這些方法均無法測出其溫度溫度采樣速率為1s,紅外測溫儀只能通過手動記錄,無法精確分辨其溫度響應速度,因此,最后只能增加絕緣漆的厚度,選用玻璃瓶裝絕緣漆的方法進行試驗。
薄膜熱電偶選型初始時,采用“越薄越好”的思路,但通過試制發現其太薄,刷絕緣漆比較困難，且容易斷裂,實際使用時不可靠性較大,綜合考慮后,選用薄膜厚度為0.06mm的熱電偶。
6達到的主要技術性能指標
　　由表4測試數據可知，后的熱電偶的絕緣電阻均大于15MΩ,T型和K型熱電偶均滿足1級。中T型薄膜導熱絕緣熱電偶測量表面溫度范圍.為(-80~200)℃,擴展不確定度為U=1.0℃,k=2;K型薄膜導熱絕緣熱電偶測量表面溫度范圍為(200~1200)℃,擴展不確定度為U=2.0℃,k=2。