K型热电偶温度传感器中的晶粒生长：一些原因和解决方案

随着时间的推移，极高的温度会导致 K 型热电偶中的晶粒长大，从而导致金属分离和热电偶故障。幸运的是，存在用于最小化晶粒生长影响的良好解决方案。

晶粒长大是 K 型热电偶失效的常见原因。在燃烧过程炉中的管皮温度测量等应用中，温度测量设备暴露在过程气体和辐射能中，产生的温度远高于管皮温度测量结点。随着时间的推移温度升高是晶粒生长的首要因素，最终会损坏热电偶。

晶粒生长的原因和影响

金属晶体结构示例

晶粒生长是材料的微晶或晶粒变大的条件。在热电偶中，它是一种失效模式，与金属的晶粒结构、不同的膨胀系数和应用的高温有关——K 型高于 649°C。

护套热电偶包含三种不同类型的金属：一种在正极导体中，另一种在负极导体中，第三种类型在护套中。护套通常由不锈钢或其他合金制成，而每种类型的热电偶都有一对特定的金属导体。K 型是最常用的热电偶，有一个 NiCr (Chromel®) 正极和一个 NiAl (Alumel®) 负极。

每种金属都有不同的膨胀系数——不锈钢最大，负腿最小。因此，每次 K 型热电偶暴露在高温下时，负导体腿都会承受压力。NiAl 的晶体结构从具有许多小晶粒（加工或制造状态）到少数大晶粒（松弛状态）。大晶体结构具有较少的机械“粗糙度”和较少的“壁架”，当受到不同膨胀的压力时，导致负极导体实际上分离。小导体也比大导体更容易受到晶粒生长的影响。

K 型热电偶中的晶粒生长和失效已经得到很好的证实。在一项测试中，外径 为 6mm的 310 不锈钢护套 K 型热电偶持续承受  1,093°C 至 1,149°C之间的温度。随着时间的推移，所有样品在 线材的横截面上都显示出 2 到 5 个晶粒的广泛晶粒生长，尽管并非所有样品都失败了。随着时间的推移失败率：

●三个月内 10%

●六个月内 60%

●11 个月内 72%

如何减少晶粒生长并将其影响降至最低

减少 K 型热电偶晶粒生长的主要方法有三种。

1 护套材料：一种方法是选择系数与导体的系数非常匹配的护套材料。传统护套通常由 310 不锈钢制成。护套的膨胀系数和 线材的膨胀系数之间的巨大差异导致上述测试中热电偶故障率很高。如果导体和护套膨胀系数相同，晶粒生长会显着减少甚至完全消除。

600 的膨胀系数更接近于导线的膨胀系数。这种合金在高温下工作良好，但只能在没有硫或其他还原剂的环境中使用，这会导致铬氧化或“绿腐病”。

I600 多年来一直是减少晶粒生长的首选材料，直到出现新材料。Pyrosil®D 或 Incotherm® Alloy TD——它们是相同的产品，但由不同的制造商生产——提供更好的防止晶粒生长的保护。这种合金的配方比不锈钢含有更少的污染物，并且膨胀系数几乎与 N 型热电偶的导体膨胀完全匹配。事实上，对于高温炉应用，主要炼油公司使用包裹在 Pyrosil/Alloy TD 中的热电偶已成为标准做法。

2 工程电缆：由于较小的导体比较大的导体更容易受到晶粒生长的影响，“工程电缆”可以解决这种情况。维连 使用按照我们的规格设计的非标准 MI（矿物绝缘）电缆。负腿做得更大，这使它对谷物生长分离的抵抗力更大。

3 热电偶放置：对于火焰工艺炉，保持热电偶护套与炉管接触并将管用作散热器是使热电偶保持比周围气体温度低得多的两种方法，从而延长热电偶的使用寿命并降低热电偶的使用寿命故障率。

只要 K 型热电偶反复暴露在极高的温度下，就有可能出现晶粒生长。但是由于更新、更好的冶金和工程技术，晶粒生长不再是过去的主要威胁。维连 的温度测量专家了解炉管皮热电偶和炼油厂的独特要求。联系我们以了解最适合您应用的热电偶类型和组件。电话/微信18717811268 黄工 sales@weilianchina.com