为了减少高温真空炉中热电偶的损耗，行业标准做法是使用混合测温系统。传统热电偶用于在较低温度下保持精度，而非接触式光学高温计则接管循环高温阶段的测量任务。这种“交接”方法显著延长了热电偶的使用寿命，通过保护它免受导致快速退化和故障的极端条件的影响。
减少热电偶损耗的核心策略是补充而不是替换热电偶。热电偶在初始加热升温期间提供必要的精度，之后由光学高温计接管，从而允许脆弱的热电偶在最具破坏性的高温阶段被缩回或简单地被控制系统忽略。
基本挑战：热电偶为何会失效
热电偶对于精确的温度控制至关重要，但其物理性质使其在极端环境中固有地脆弱。了解它们失效的原因是开发解决方案的关键。
高温的影响
热电偶通过连接两种不同金属来工作。在持续高温（通常高于 1200°C）下，这些金属开始退化。氧化、晶粒长大和元素迁移等过程会导致热电偶的电压输出“漂移”，从而导致读数不准确并最终发生机械故障。
真空环境
真空本身带来了挑战。热电偶中使用的某些金属在高温和低压结合下会升华（从固体直接变为气体）。这个过程，连同放气，会污染炉内环境和热电偶本身，加速其损毁。
不可避免的更换成本
持续故障会导致显著的运营成本。这不仅包括热电偶的材料成本（特别是 S、R 或 B 等昂贵的贵金属类型），还包括炉子的停机时间和更换所需的人工成本。
解决方案：混合测量系统
最有效和广泛采用的解决方案不是寻找“更好”的热电偶，而是限制其暴露于最恶劣的条件。这通过双传感器系统实现。
热电偶的作用
热电偶仍然是炉子循环初始阶段的首选传感器。它提供从环境温度到中等温度（例如 800°C）的高度准确的直接接触式温度测量，在此范围内其稳定性和可靠性极佳。
高温计的作用
高温计是一种光学仪器，通过检测物体的热辐射从远处测量物体的温度。由于它与热区没有物理接触，因此不会受到损坏热电偶的退化影响。
“交接”如何运作
炉子控制系统编程了一个特定的交接温度。
- 低温控制：系统使用热电偶的读数在初始升温期间进行精确控制。
- 交接点：一旦炉子达到预定温度，控制系统将其输入源从热电偶切换到高温计。
- 高温控制：高温计为其余的高温循环提供温度读数。热电偶甚至可以通过执行器从热区物理缩回，以完全保护它。
理解权衡和注意事项
虽然有效，但这种混合方法也带来了自身需要管理的一系列技术考虑。
高温计精度和发射率
高温计的精度在很大程度上取决于一种称为发射率的特性——衡量物体发射热辐射的能力。必须为被加热的特定材料在控制系统中正确配置此值。不正确的发射率设置是温度误差的常见来源。
视线和观察窗维护
高温计需要清晰、无障碍的视线才能对准目标。炉子玻璃观察窗上的任何灰尘、薄膜或涂层都会吸收热辐射，导致高温计报告较低、不准确的温度。定期清洁观察窗成为一项关键的维护任务。
初始系统成本与长期节省
实施带有高质量高温计、控制逻辑以及可能的热电偶缩回机构的系统，其初始成本高于简单的纯热电偶设置。然而，这项初始投资几乎总能通过减少停机时间、降低热电偶消耗和提高过程一致性来收回。
为您的过程做出正确选择
您的具体操作目标将决定您如何实施和优化此策略。
- 如果您的主要重点是最高精度：使用混合系统，并通过将高温计读数与热电偶在交接温度下的读数进行比较来校准高温计的发射率。这确保了无缝和准确的过渡。
- 如果您的主要重点是最大限度地降低运营成本：高温计交接系统是明确的解决方案。通过减少热电偶更换和炉子停机时间带来的长期节省将远远超过初始资本支出。
- 如果您在热电偶退化点以下（例如 K 型低于 1100°C）持续运行：高温计系统可能是不必要的开销。在这种情况下，重点使用高质量的铠装热电偶并实施预测性维护计划进行更换。
通过战略性地结合热电偶和高温计的优势，您可以同时实现现代高温应用所需的测量精度和操作鲁棒性。
总结表：
| 方法 | 主要优点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 混合系统（热电偶+高温计） | 减少热电偶暴露于高温，延长寿命 | 高于1200°C的高温过程 |
| 仅热电偶 | 低温下精度高 | 持续低于1100°C的过程 |
| 仅高温计 | 无物理接触，避免退化 | 发射率已良好校准的应用 |
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