阅读说明：本技术 一种具有耐高温搪瓷保护层的热电偶 (Thermocouple with high-temperature resistant enamel protective layer ) 是由 许涛 王奇才 汤永波 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有耐高温搪瓷保护层的热电偶,包括铠装热电偶和在铠装热电偶外表面的搪瓷保护层,搪瓷保护层包括如下重量百分比的搪瓷釉料：二氧化硅28％～62％、氧化铝0～13％、氧化钙0～12％、氧化硼0～16％、氧化钠0～17％。本发明通过对搪瓷保护层的合理成分和技术设计,获得了一系列耐高温、抗氧化性能强的、耐酸耐碱的、能够适应多种环境的、且体积轻便的、反应迅速的热电偶产品。通过与现有的热电偶进行比较,能够极大的提高热电偶的使用寿命和性价比。(The invention discloses a thermocouple with a high-temperature resistant enamel protection layer, which comprises an armored thermocouple and an enamel protection layer on the outer surface of the armored thermocouple, wherein the enamel protection layer comprises the following enamel glaze materials in percentage by weight: 28-62% of silicon dioxide, 0-13% of aluminum oxide, 0-12% of calcium oxide, 0-16% of boron oxide and 0-17% of sodium oxide. Through reasonable components and technical design of the enamel protective layer, a series of thermocouple products which are high temperature resistant, strong in oxidation resistance, acid resistant, alkali resistant, capable of adapting to various environments, light in volume and fast in reaction are obtained. Compared with the existing thermocouple, the service life and cost performance of the thermocouple can be greatly improved.)

一种具有耐高温搪瓷保护层的热电偶

技术领域

本发明涉及工业测温用热电偶技术领域，更特别地，涉及一种具有耐高温搪瓷保护层的热电偶。

背景技术

铠装热电偶是由偶芯、绝缘氧化镁粉、保护外壳，经多次一体拉制而成。近年来，铠装热电偶传感器凭借其热惰性小、成本低及稳定性高等特点，广泛应用于工业和科学研究中。

但在实际的冶金、化工、电力、核能、航空航天等高温测量过程中，在不同环境的使用过程中，无保护层的铠装热电偶存在如下问题：1、耐高温、抗氧化性能差：铠装热电偶的保护壳一般较薄，通常为铁基材质，在高温、氧化性差的使用环境下容易造成保护壳的氧化破损，热电偶使用寿命短；2、耐腐蚀性差：无保护层的铠装热电偶在某些腐蚀性比较强的介质中测温中，容易与待测介质发生反应、腐蚀(如在高温铝液中，形成Fe₂Al₅)，形成失效；3、耐酸、耐碱性差：铠装热电偶的铁基材质的保护壳在酸性和碱性环境下，容易被侵蚀，无法使用。

因此，在实际的使用过程中，针对铠装热电偶的以上缺陷，部分场景使用带有保护套管的装配型热电偶，但同样有以下问题：1、体积、重量大，安装、操作繁琐，在一些体积受限的使用场合，容易干涉正常的生产、工艺设备；2、热电偶响应时间慢：由于保护套管阻隔感温元件与待测介质的传热过程，装配型热电偶相较铠装热电偶，一般响应时间慢；3、准确度差：同样是由于保护套管的热阻存在，相比于铠装热电偶，装配热电偶的准确度较差，不适合应用于一些需要温度测量精度高、反应速度快的应用场合。

同时，一些技术人员在铠装热电偶的表面开发了金属陶瓷、氧化物陶瓷、电镀纳米涂层等保护层。但在实际使用过程中仍然会出现造价高昂、热电偶响应时间慢、只适应某些特定环境等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有耐高温搪瓷保护层的热电偶，以此解决上述现有技术中存在的问题，相对现有的热电偶而言，是一种结构简单、制作方便、造价低廉、使用性能优异、适应多种应用场合的热电偶设计方案。

本发明提供了一种具有耐高温搪瓷保护层的热电偶，包括铠装热电偶和在所述铠装热电偶外表面的搪瓷保护层，所述搪瓷保护层包括如下重量百分比的搪瓷釉料：二氧化硅28％～62％、氧化铝0～13％、氧化钙0～12％、氧化硼0～16％、氧化钠0～17％。

在本发明提供的具有耐高温搪瓷保护层的热电偶中，所述搪瓷保护层的厚度为15～650μm。

在本发明提供的具有耐高温搪瓷保护层的热电偶中，所述搪瓷保护层的烧结温度为673～1473K。

在本发明提供的具有耐高温搪瓷保护层的热电偶中，还包括至少一层保护结构。

在本发明提供的具有耐高温搪瓷保护层的热电偶中，所述保护结构包括在所述搪瓷保护层的外表面的第一保护结构和/或在所述铠装热电偶和所述搪瓷保护层的之间的第二保护结构。

在本发明提供的具有耐高温搪瓷保护层的热电偶中，所述铠装热电偶的直径不小于3mm。

本发明设计的一种具有耐高温搪瓷保护层的热电偶，将高温搪瓷玻璃应用到铠装热电偶保护层设计，通过合理的成分和参数设计，解决了由于铠装热电偶直径小，表面应力大，搪瓷保护层的附着难度高，搪瓷易暴裂等生产工艺问题，利用搪瓷保护层出色的使用与防护性能，与现有的技术相比，取得了如下的效果：

(1)耐酸、耐碱性高：通过对搪瓷成分(如SiO₂)等合理的调整，可以得到对酸性环境或碱性环境耐受度高的保护层，延长铠装热电偶在酸性、碱性环境下的使用寿命；

(2)耐高温、抗氧化：通过调整搪瓷的开始软化温度，搪瓷可以获取合适的耐高温性能，减少热电偶在使用过程中的氧化变性；

(3)响应时间快：由于搪瓷玻璃成分出色的导热性能，搪瓷铠装热电偶响应时间可以达到1分钟以内；

(4)精度准确：搪瓷保护层厚度薄，最高不超过650μm，对铠装热电偶的精度几乎没有影响；

(5)外形美观，使用轻便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1所示为本发明一实施例提供的具有耐高温搪瓷保护层的热电偶的结构示意图；

图2所示为本发明另一实施例提供的具有耐高温搪瓷保护层的热电偶的结构示意图；

图中：1为铠装热电偶，2为搪瓷保护层，3为第一保护层，4为第二保护层。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本发明提供的具有耐高温搪瓷保护层的热电偶，包括铠装热电偶1和搪瓷保护层2，铠装热电偶的外部附着搪瓷保护层2，搪瓷保护层2釉料的主要成分的重量百分比为二氧化硅28％～62％，氧化铝0～13％，氧化钙0～12％，氧化硼0～16％，氧化钠0～17％，其它。进一步地，所述搪瓷保护层的厚度t为15～650μm，铠装热电偶1的直径D不小于3mm。

具体地，在根据本发明的一实施例中，在铠装热电偶1的外表面仅包括搪瓷保护层2。在根据本发明的另一实施例中，在铠装热电偶和搪瓷保护层的外面包括第一保护结构3(如图1所示)，第一保护结构3可以包括一层保护层，也可以包括多层保护层，本发明对此并不限定。通过第一保护结构以使得工作过程中热电偶表面与金属溶液不粘润。本领域技术人员可以理解的是，第一保护结构可以由选自水基涂料保护层、醇基涂料保护层、油性涂料保护层、金属氧化物/氢氧化物保护层、电镀保护层等中的一种或多种保护层组成，本发明在此并不限定。在根据本发明的又一实施例中，在铠装热电偶和搪瓷保护层之间还包括第二保护结构，第二保护结构可以包括一层保护层，也可以包括多层保护层，本发明对此并不限定。通过第二保护结构改善搪瓷的粘附强度，提高热电偶的在待测介质中的耐冲刷性能。本领域技术人员可以理解的是，第二保护结构可以由选自水基涂料保护层、醇基涂料保护层、油性涂料保护层、金属氧化物/氢氧化物保护层、电镀保护层等中的一种或多种保护层组成，本发明在此并不限定。在本发明再一实施例中，在铠装热电偶和搪瓷保护层的外面包括第一保护结构3(如图2所示)，同时，在铠装热电偶和搪瓷保护层之间包括第二保护结构4。这里，第一保护结构和第二保护结构分别可以包括一层保护层或多层保护层，本发明对此并不限定。

实施例1：

现以选取保护壳材质为316L不锈钢的K型铠装热电偶，应用本发明所设计的保护层方案为例，对本发明进行进一步说明。

准备好若干根铠装热电偶，打磨平整，铠装热电偶表面无凹坑，无污渍。涂覆并高温烧结搪瓷釉料，在铠装热电偶外表面形成高温搪瓷保护层，搪瓷色泽光亮，平滑。高温搪瓷保护层的烧结温度为1023～1173K。待热电偶完全冷却后，包装或备用。

具体地，在本实施例中，搪瓷釉料的重量百分比成分为：二氧化硅40％～52％，氧化铝8～12％，氧化钙0～3％，氧化硼4～8％，氧化钠0～5.5％，其它。

进一步地，本实施例中，铠装热电偶的外径为8mm。

进一步地，在本实施例中，铠装热电偶的外部只具有1层高温搪瓷保护层。

进一步地，本实施例中，考虑搪瓷保护层与铠装热电偶结合强度及传热，搪瓷保护层过厚易导致发生爆裂，过薄又无法起到保护作用，因此，搪瓷保护层的厚度设定为50～250μm。

实施例2：

现以选取保护壳材质为GH39高温合金的N型铠装热电偶，应用本发明所设计的保护层方案为例，对本发明进行进一步说明。

准备好若干根铠装热电偶，打磨平整，铠装热电偶表面无凹坑，无污渍。涂覆并高温烧结搪瓷釉料，在铠装热电偶外表面形成高温搪瓷保护层，搪瓷色泽光亮、平滑，其中，高温搪瓷保护层的烧结温度为1123～1273K。待热电偶搪瓷完全冷却后，擦拭干净并浸涂氮化硼(BN)含量超过75％(固体中的重量百分数)的水基涂料，以使得工作过程中热电偶表面与金属溶液不粘润。待热电偶完全冷却后，包装或备用。

具体地，在本实施例中，搪瓷釉料的重量百分比成分为：二氧化硅40％～52％，氧化铝8～12％，氧化钙0～3％，氧化硼4～8％，氧化钠0～5.5％，其它。

进一步，本实施例中，铠装热电偶的外径为9.5mm；

进一步，本实施例中，铠装热电偶的外部有高温搪瓷保护层和第一保护结构，第一保护结构可以包括一层保护层，也可以包括多层保护层。

进一步，本实施例中，考虑搪瓷保护层与铠装热电偶结合强度及传热，搪瓷保护层过厚易导致发生爆裂，过薄又无法起到保护作用，因此，搪瓷保护层的厚度设定为500～600μm。

实施例3：

现以选取保护壳材质为SUS321不锈钢的K型铠装热电偶，应用本发明所设计的保护层方案为例，对本项发明进行进一步说明。

准备好若干根铠装热电偶，打磨平整，铠装热电偶表面无凹坑，无污渍。涂敷粘结剂为硅酸钾、BN含量超过40％(固体中的重量百分数)的水基涂料，用以改善搪瓷的粘附强度，提高热电偶的在待测介质中的耐冲刷性能。涂敷完毕后，置于干燥室充分晾干。涂覆并高温烧结搪瓷釉料，在铠装热电偶外表面形成高温搪瓷保护层，搪瓷色泽光亮、平滑，其中，高温搪瓷保护层的烧结温度为1023～1173K。待热电偶搪瓷完全冷却后，擦拭干净后，浸涂固体BN含量超过75％的氮化硼涂料，使得工作过程中热电偶表面与金属溶液不粘润。待热电偶完全冷却后，包装或备用。

具体地，在本实施例中，搪瓷釉料重量百分比成分为：二氧化硅56％～62％，氧化铝8～12％，氧化钙0～3％，氧化硼2～5％，氧化钠0～3％，其它。

进一步，本实施例中，铠装热电偶的外径为9.5mm；

进一步，本实施例中，铠装热电偶的外部有3层保护结构，依次为第二保护结构、高温搪瓷保护层和第一保护结构。其中，第一保护结构和第二保护结构可以分别包括一层保护层或多层保护层。

进一步，本实施例中，考虑搪瓷保护层与铠装热电偶结合强度及传热，搪瓷保护层过厚易导致发生爆裂，过薄又无法起到保护作用，因此，搪瓷保护层的厚度设定为50～150μm。

由于本发明提供的一种具有耐高温搪瓷保护层的热电偶，将高温搪瓷玻璃应用到铠装热电偶保护层设计，通过合理的成分和参数设计，解决了由于铠装热电偶直径小、表面应力大、搪瓷保护层的附着难度高、易暴裂等生产工艺问题，同时利用搪瓷保护层出色的使用与防护性能，与现有的技术相比，取得了如下的效果：

(1)耐酸、耐碱性高：通过对搪瓷成分(如SiO₂)等合理的调整，可以得到对酸性环境或碱性环境耐受高的保护层，延长铠装热电偶在酸性、碱性环境下的使用寿命；

(2)耐高温、抗氧化：通过调整搪瓷的开始软化温度，搪瓷可以获取合适的耐高温性能，减少热电偶在使用过程中的氧化变性；

(3)响应时间快：由于搪瓷玻璃成分出色的导热性能，搪瓷铠装热电偶响应时间可以达到1分钟以内；

(4)精度准确：搪瓷保护层厚度薄，最高不超过650μm，对铠装热电偶的精度几乎没有影响；

(5)外形美观，使用轻便。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。

可将这些单词解释为名称。