Monitorowanie temperatury powyżej 1000 stopni stwarza ciągłe wyzwania techniczne dla produkcji wykorzystującej obróbkę cieplną. Konwencjonalny sprzęt do pomiaru temperatury nie jest w stanie wytrzymać stabilnej, długotrwałej pracy w atmosferze utleniającej o wysokiej temperaturze. Typowe zjawiska awarii obejmują szybkie utlenianie materiału, postępujący dryft sygnału i nieodwracalne wypalenie komponentów. Termopary odporne na wysokie temperatury poddawane są ukierunkowanej optymalizacji materiałowej i strukturalnej pod kątem warunków pracy w bardzo wysokich temperaturach pieców przemysłowych, sprzętu do formowania na gorąco i sprzętu do obróbki cieplnej, rozwiązując długotrwałe problemy związane z niestabilnymi pomiarami i krótkimi cyklami serwisowymi zwykłych czujników w ekstremalnych warunkach termicznych.
Termopary wysokotemperaturowe wywodzą się z zaawansowanej konstrukcji technicznej termopar typu K, ale wykorzystują ulepszone włókna czujnikowe ze stopu niklu i chromu o wysokiej czystości oraz ulepszone osłony ochronne odporne na wysokie temperatury. Zdolność przeciwutleniająca i tolerancja na szok termiczny zyskują znaczny wzrost. Istnieje wiele klas wydajności produktów z termoparami wysokotemperaturowymi, zapewniających stopniowane granice rezystancji w ciągłej temperaturze, aby spełnić zróżnicowane wymagania zastosowań przemysłowych w bardzo wysokich temperaturach.
表格
| Klasa termopar wysokotemperaturowych | Ciągła temperatura pracy | Szczytowa odporność na temperaturę | Podstawowy scenariusz zastosowania | Zaleta optymalizacji strukturalnej |
|---|---|---|---|---|
| Zwykły typ wysokotemperaturowy | 0 ~ 1000 stopni | 1150 stopni | Piec przemysłowy średniotemperaturowy, ogrzewanie formy | Drut ze stopu antyutleniającego, stabilny sygnał |
| Ulepszony typ wysokotemperaturowy | 0 ~ 1200 stopni | 1350 stopni | Urządzenia do wysokotemperaturowej obróbki cieplnej | Pogrubiony rękaw ochronny, odporny na szok termiczny |
| Typ o ultrawysokiej temperaturze | 0 ~ 1350 stopni | 1500 stopni | Przemysłowy piec wysokotemperaturowy, wyposażenie pieca | Importowany materiał stopowy o wysokiej czystości |
W środowiskach charakteryzujących się wysoką temperaturą, w piecach przemysłowych, erozja oksydacyjna stanowi dominujący mechanizm uszkodzeń zespołów wykrywających temperaturę. Materiał stopowy z włóknami czujnikowymi ulegnie reakcji chemicznej z wysokotemperaturowymi gazami spalinowymi bogatymi w tlen. Warstwy tlenków gromadzą się na powierzchniach drutu stopowego, zmieniając charakterystykę potencjału termoelektrycznego i powodując dryft pomiarowy. W termoparach wysokotemperaturowych zastosowano rafinowaną formułę stopu, aby ograniczyć szybkość utleniania w wysokiej temperaturze. Wypełniacz izolacyjny o dużej gęstości, zawierający zagęszczony tlenek magnezu, zapewnia niezawodną izolację elektryczną w ekstremalnych temperaturach. Zgodnie z wynikami długoterminowych testów laboratoryjnych, wysokotemperaturowe termopary o podwyższonej jakości utrzymują stabilny sygnał wyjściowy przez ponad 6000 godzin ciągłej pracy w temperaturze poniżej 1200 stopni bez widocznego dryftu pomiarowego.
W scenariuszach obróbki termicznej formy w wysokiej temperaturze odporność na szok termiczny staje się kluczowym wskaźnikiem wydajności. Cykle produkcyjne wiążą się z powtarzającymi się ostrymi procesami nagrzewania i schładzania. Rozszerzalność i kurczliwość cieplna generują cykliczne naprężenia mechaniczne działające na wewnętrzne włókna termopary, złącza spawane i tuleje ochronne. W zwykłych czujnikach po ograniczonych cyklach termicznych powstają wewnętrzne mikropęknięcia, co prowadzi do sporadycznych wahań sygnału i przedwczesnej awarii. Zoptymalizowana konstrukcja konstrukcyjna termopary wysokotemperaturowej buforuje wpływ naprężeń termicznych poprzez rozsądne dopasowanie materiałów i udoskonalenie procesu wewnętrznego zagęszczania, przeciwstawiając się uszkodzeniom zmęczeniowym powodowanym przez częste szoki termiczne i zachowując długoterminową stabilność pomiaru.
W termoparach ultrawysokotemperaturowych do pieców wykorzystuje się importowane włókna stopowe o wysokiej czystości i wielowarstwowe kompozytowe tuleje ochronne. Taka konstrukcja wytrzymuje ekstremalne temperatury oraz erozję korozyjną gazów spalinowych. Specjalne uszczelnienie w wysokich temperaturach zapobiega przedostawaniu się gorącego gazu do wewnętrznych wnęk komponentów, co w przeciwnym razie pogorszyłoby działanie proszku izolacyjnego. Produkty takie przystosowują się do trudnych warunków pracy systemu pieca o długim cyklu pracy ciągłej.
Zgodnie ze zgromadzonym doświadczeniem w zastosowaniach przemysłowych, przy wyborze specyfikacji termopary wysokotemperaturowej należy przestrzegać zasad stopniowanego dopasowywania. Ślepy wybór sprzętu odpornego na bardzo wysokie temperatury do średniotemperaturowych warunków pracy powoduje niepotrzebne marnotrawienie kosztów zakupu. Tymczasem wdrażanie termopar zwykłej klasy w środowiskach o bardzo wysokiej temperaturze powoduje częste awarie na wczesnym etapie i nieplanowane przestoje. Rozsądne równoważenie ocen mierzące stabilność i ogólne zyski ekonomiczne. Należy wziąć pod uwagę czynniki atmosfery środowiskowej: otoczenie zawierające siarkę, bogate w węgiel lub zawierające żrące opary wymaga konfiguracji materiału osłony o wyjątkowo odpornej na korozję, wykraczającej poza podstawowy wybór klasy temperaturowej.
Niestandardowe propozycje techniczne termopar wysokotemperaturowych można opracować w oparciu o maksymalną temperaturę roboczą urządzenia, częstotliwość cykli cieplnych i warunki korozji atmosferycznej na miejscu, rozwiązując trudności pomiarowe w różnych zakładach obróbki cieplnej o ultrawysokiej temperaturze.
