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铠装热电偶

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铠装热电偶绝缘电阻的分析与改进

来源:www.wqhhs.com作者:发表时间:2017-11-09 11:21:22

 摘 要:绝缘电阻是温度仪表铠装热电偶的技术参数之一,单位有MΩ. m 和MΩ两种。铠装热电偶产品因为使用铠装热电偶电缆,产品绝缘电阻的检测值与测温元件铠装电缆的绝缘电阻值密切相关,铠装热电偶电缆的性能指标直接决定铠装热电偶产品绝缘电阻技术指标。

 
0 引言
        绝缘电阻是温度仪表铠装热电偶产品的技术参数之一,单位有MΩ.m和MΩ两种。铠装热电偶产品因为使用铠装热电偶电缆,产品绝缘电阻的检测参数与原材料铠装热电偶电缆的绝缘电阻参数密切相关。
 
        铠装热电偶(电缆)的绝缘电阻有室温和高温两种,与长度和温度有关,随着长度增长和温度上升,其绝缘电阻逐渐下降。室温绝缘电阻是铠装热电偶产品的出厂检验项目,产品出厂检验时必须用兆欧表对产品进行一一检验。高温绝缘电阻是产品型式试验项目之一,一般每5年对产品进行一次型式试验。
 
1 绝缘电阻的标准规定
        铠装热电偶产品使用的测温元件为铠装热电偶电缆。标准GB/T18404-2001对铠装热电偶电缆及铠装热电偶产品的绝缘电阻给出了明确的检验参数。
 
1.1 绝缘电阻的测量方法
        绝缘电阻检验时应使用500V的兆欧表进行检测。绝缘电阻的检验应在偶丝与偶丝之间、偶丝与套管之间测量,如图1所示。
绝缘电阻检测测量
1.2 铠装热电偶电缆的绝缘电阻
        标准4.2.2.2条款明确指出:在室温绝缘电阻和高温绝缘电阻测量时,样品长度、试验温度和绝缘电阻值(单位:MΩ.m)如表1所示 [1] 。
室温、高温绝缘电阻值
1.3 铠装热电偶的绝缘电阻
        标准5.2.2条款明确指出:在室温绝缘电阻和高温绝缘电阻测量中,样品长度、试验温度和绝缘电阻值如表2所示 [1] 。
室温、高温绝缘电阻值
1.4 铠装热电偶电缆和铠装热电偶的绝缘电阻比较
        初次使用标准时,许多使用者对表1和表2中的单位比较疑惑——同是绝缘电阻,为何表1中的单位为MΩ·m,而表2中的单位MΩ。实际上表2中长度一栏中“全长”即与“·m”的意义相同。
 
        因为铠装热电偶电缆或铠装热电偶的绝缘层具有有限的导电性,绝缘电阻随电缆或热电偶长度的增加而减小 [1] 。所以对于大于1米铠装热电偶电缆或铠装热电偶,标准规定其高温绝缘电阻检验符合全长≥5MΩ即为合格。
 
2 影响绝缘电阻的因素
2.1 铠装热电偶电缆结构
        铠装热电偶电缆是把保护套管(材料为不锈钢或镍基高温合金)、绝缘材料(高纯脱水氧化镁粉或氧化铝粉)与热电偶丝组合在一起拉制而成 [2] ,如图2所示。绝缘材料是用来使偶丝之间,偶丝与金属套管之间绝缘的材料。选择绝缘材料时,主要考虑的因素是:材料的电气绝缘性能,化学的稳定性、适应性、热膨胀、热传导、相对硬度、致密度和中子辐照效应以及经济性等。标准GB/T18404-2001对套管的壁厚、绝缘层厚度和偶丝直径均给出了相关规定,需求说明的是铠装热电偶电缆的绝缘电阻与绝缘材料相关。常用的绝缘材料有:MgO、Al2O 3 、ZrO 2 、BeO、TnO 2 等 [3] ,在1200℃以上时,绝缘粉的绝缘电阻急剧下降,从而导致产品的高温绝缘电阻急剧下降。若将绝缘粉烧结成绝缘管,其绝缘电阻将比相同粉体材质提高10倍,目前高温用热电偶绝缘管主要有高纯Al 2 O 3 、BeO及BN管。
电缆横截面图
2.2 绝缘管性能
        绝缘管用来对热电极(偶丝)之间以及热电极与保护管之间进行绝缘,绝缘管不仅绝缘电阻高,还可以防止因热应力而断线的事故发生。其优良性能如下:
        1)耐高温——在热电偶温度测量上限使时不产生变形、黏着等现象。
        2)化学性能稳定——特别是经高温下的化学性能要稳定。
        3)高温下的绝缘性能好。
        铠装电缆制作时,绝缘管性能的好坏直接影响产品的最终性能。对于炉壁产品,一般铠装电缆长度均在10米以上,所以炉壁产品使用的铠装热电偶电缆必须具有非常好的绝缘性能,才能确保高温测量时产品绝缘电阻符合标准规定。
 
3 高温绝缘电阻的质量改进
        2012年年底我公司向用户供应了522支炉壁类产品,用户反映有74支产品高温绝缘电阻不达标。检验人员在用户退回的不合格产品中随机抽检了8支产品进行了高温检测,如表3所示,其中有5支产品高温(500℃)绝缘电阻不达标。
检测参数表
针对本批产品出现的高温绝缘电阻不合格问题,技术人员采取的质量改进措施如下:
        1)提高绝缘管原材料质量,选用高纯度绝缘管拉制的铠装电缆。
        2)改进加工工艺:如改进绝缘材料调配工艺、改进高温烘箱温度工艺等。加工工艺的改进既保证了热电偶的高温密封性能,又保证了产品在高温条件下的绝缘电阻要求。
        3)将高温绝缘电阻作为铠装热电偶电缆检验项目进行抽样检验。
 
4 结束语
        铠装热电偶电缆是铠装热电偶产品的关键部件,其性能指标直接决定产品的最终技术指标。在铠装热电偶电缆拉制过程中,必须确保原材料绝缘粉的质量,才能确保电缆的性能指标,最终确保铠装热电偶产品的高温绝缘电阻技术性能指标,满足用户高温测量环境时的绝缘电阻需求。