光电高温计在双辉等离子渗金属测温中的应用研究

2022年04月29日 来源:

光电高温计在双辉等离子渗金属测温中的应用研究

2 双辉等离子渗金属中的测温问题

在双辉等离子渗金属的过程中,工件的温度对渗层性能及基体组织的影响特别明显,是适时控制工艺参数的主要依据,因此,准确地测量出工件的温度显得非常重要。

在双辉等离子渗金属的过程中,工件置于真空室内的等离子体中,并且在工件上加有偏压,给热电偶测温和光电高温计测温都带来诸多不便。利用热电偶进行接触式测温具有结构简单、测量精度高、动态响应快等特点,但存在以下问题难以解决:

2)热电偶的引线要引出真空室外,如何实现热电偶与真空室间的密封;

2)热电偶必须与工件接触,在接触处如何避免弧光放电;

3)为防止仪器和人身的安全,如何使热电偶不带有工件的偏压。

采用非接触式测温的光电高温计,可以在真空室外方便而迅速地指示出工件的温度,与热电偶相比,还具有灵敏度高,响应速度快等优点。但是,使用光电高温计必须知道被测物体的辐射系数,也不允许在光路上受到外来干扰。而在双辉等离子渗金属的过程中,工件表面覆盖着辉光,工件的辐射性能发生变化,并且光电高温计只能隔着透光玻璃来测温,由于受到辉光等离子体、真空及透光玻璃等的影响,光电高温计指示出的温度只是一个相对温度,与工件的真实温度相差很大。只有被能准确测量工件温度的仪器校对之后,确定出合适的发射系数修正值,光电高温计才能指示出工件的真实温度。

2 热电偶接触测温实验装置

铠装热电偶外形整洁光滑,可挠性好,适合双辉等离子渗金属工艺的实验测温。故测温装置由测温盖2的紧固作用使橡皮垫5和密封环6产生弹性变形,保证了热电偶4与炉体2间的密封。图2—2所示为热电偶与工件的接触部位的结构图,热电偶保护套管3固定在工件2的台阶孔中,并形成宽度小于2 mm、长度大于22 mm的均匀缝隙α[3],缝隙的屏蔽作用使得工件与瓷管之间不会发生弧光放电。这样,插入瓷管3中的铠装热电偶2不仅与工件绝缘,而且与工件也不会发生弧光放电。这套热电偶接触测温实验装置巧妙地运用了缝隙保护原理,使热电偶在等离子体中得到屏蔽,成功地解决了双辉等离子渗金属中热电偶与工件间的接触问题,避免了热电偶在接触部位的弧光放电。该装置在试验过程中工作稳定,热电偶不受污染,使用寿命高,还具有安全可靠的优点。不仅适合于双辉等离子渗金属中的工件测温,而且也适用于其它类似工况中的测温。同时,为准确选取光电高温计的辐射系数补偿值提供了获取比对数据的实验手段。

3 光电高温计测温实验结果

3.2 光电高温计测温原理

WDL-32型光电高温计是采用比较法测量物体的热辐射能量来确定表面温度的红外测温仪表。硅光电池探测元件和HB852红外滤光镜把所接收的光谱限制在2.8~2.2μm范围。

仪器内部设置了一只钨丝灯泡作为参考辐射源,被测物体和参考辐射源的辐射能量分别经检测光路和参比光路被探测元件交替检测。取二者差值为信号,调整钨丝灯泡工作状态,使两种辐射能量保持平衡,选钨丝灯的电参数为信号并处理后输出,指示出测量结果。

同一温度,不同物体的发射率不同,热辐射能量也不同,在参比光路中的可变光栏通过ε修正旋钮调整其面积大小来相应改变参考辐射能量的通量,不需改变钨丝灯泡工作状态仍保持着跟踪平衡状态,从而得到同一温度的指示结果。这就是ε修正旋钮的作用原理。

3.2 光电高温计在管式炉中的测温

在SRJK-2-23型高温燃烧管式炉中,加热并保温一个碳钢工件,采用铠装镍铬-镍硅热电偶和WDL-32型光电高温计同时测量,在热电偶分别指示822、852、922、952、2222℃时,光电高温计的指示值见表3—2。

由表3—2和图3—2看出,对一定温度的工件,当使用不同的ε值时,光电高温计指示的测量值是不相同的。测量值随ε值增大而减小,与ε值成线性关系,且在2.2≤ε≤2.6时,ε增大2.2,测量值减小25℃;在2.7≤ε≤2.2时,ε增大2.2,测量值减小22℃。工件温度不同,也有相同的规律,表现在图3—2上,是以ε=2.6为界限,左右分别为一组平行线。3.3 在渗金属炉中的测温

采用常规工艺参数在碳钢表面进行双辉等离子渗铬处理,即源极电压:2 222V,源极板与工件间距:22mm,工作气压:32Pa,工件温度由工件电压来控制。通过热电偶和光电高温计测温,在热电偶指示温度分别为822、852、922、952、2 222℃时,光电高温计的指示值如表3—2所示。

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