國產K型熱電偶的研制

2018/11/15 18:05:46 人評論 次瀏覽 分類:熱電偶  儀表地址:http://www.wfcycy.cn/product/2248.html

王同辰先生是我國研制K型熱電偶的技術先驅,文中王同辰先生以第一人稱方式向儀表人回顧他參與K型熱電偶研制的經歷。昌暉儀表以此文銘記和弘揚老一輩儀表人的歷史功績和鍥而不舍的創新精神。

熱電偶為溫度測量中用途最廣、使用最多的儀表,而眾多型號熱電偶之設計,又多以仿制K型為主。所以,了解K型熱電偶的發展史,即可知曉我國熱電偶的發展全貌。

1941年,我進入資源委員會北碚焦油廠工作。1945年抗日戰爭勝利后,我奉調赴錦州,參與接收日軍汽油廠,掌管自動化課。這是我生平第一次接觸熱電偶。1950年,我進入上海華儀工程貿易行(簡稱“華儀行”),任工程師。有志于我國儀表事業的30余位技術專家、教授,以其薪給之余,集資從事儀表進口業,先商后廠,謀求創始中國儀表工業,以免受制于外國。1951年,由聯邦德國進口的S型鉑銠熱電偶成品、K型“鎳鉻/鎳鋁熱電偶”成品及其半成品“偶芯”交我負責仿制。從此,我與熱電偶結緣,至今60余年。
1、三件大事成就K型裝配式熱電偶
上海華儀工程貿易行以其經營儀表進口之贏利,創辦上海綜合儀器廠,生產儀器儀表,熱電偶是其中之一。我主要做了三件大事。
①仿制K型鎳鉻/鎳鋁熱電偶
有了進口半成品“偶芯”,我們能車制接線盒,也能燒制熱電偶陶瓷配件,但缺“耐1300℃高溫合金熱電偶保護管”。于是,在上海全市搜購耐高溫合金鋼板。取樣在高溫電爐中用1300℃燒試,取其能耐燒者,裁條卷焊成“熱電偶保護管”,并與接線盒、陶瓷配件組成“K型裝配式鎳鉻/鎳鋁熱電偶”。迄今工廠仍仿制出售未變。現國內已能生產1300℃的高溫合金鋼管。
②試制“globar”1300℃高溫電爐
燒試耐高溫合金鋼板需要1300℃電爐,可是1951年時國內還沒有。于是,由華儀行從西歐進口golbar電熱原件。我用之以設計試制1300℃箱式電爐與管試電爐,用于熱電偶絲測試,迄今全國仍沿用此法。國產矽碳棒1300℃高溫電爐始于此,我將golbar譯為“矽碳棒”,現市場已改稱為“硅碳棒”。
③試制硅碳棒globar
當時,各式1300℃電爐需求量日增,但globar基本依賴進口,我就萌念生產“矽碳棒(globar)”。其制備原理雖為簡單的“碳之矽化”,但制之卻不易。因矽取材不同,而生產工藝迥異。試制成功后不久,我就奉調參加第一機械工業部(簡稱“一機部”)上海熱工儀表研究所的建所工作,擔任特殊材料特殊元件研究室主任。上海綜合儀器廠停止生產“矽碳棒”,依舊靠進口globar生產電爐。

2、國際標準水土不服
①“易于生產管理”比“國際通用”更重要
自從有了K型熱電偶,工廠根據經驗淬火的都改用它來保證工件質量,“偶芯”進口量日增。冶金系統的大連鋼廠和一機部系統的上海電器科學研究所,分別進行研制“K型熱電偶偶絲合金”(正極合金KP,負極合金KN)工作。1964年,上海市委書記陳丕顯蹲點上海自動化儀表三廠,搞“城市桃園經驗”,調我到上海自動化儀表三廠以加強技術工作。

1965年,在上海召開的國家高溫基地會議,討論了“K型熱電偶合金定制”及“K型熱電偶國家標準”工作。會上,鋼鐵總院閻光珠工程師和電器所張晨工程師各自匯報了其研制“K型熱電偶偶絲合金”的成果。大連鋼廠沿用蘇聯鎳鉻/鎳鋁的技術方案,6對合金配對成偶。電器所采取鎳鉻/鎳鋁技術方案,卻能達到1對合金KP、KN,90%自由配對成電偶。兩方案各有短長。鎳鉻/鎳鋁技術方案國際通用,并經過核輻射考驗,但多到6對合金配對成偶,不僅冶煉復雜,其使用管理也困難。鎳鉻/鎳鋁技術方案僅為1對合金,較易冶煉,卻未經核輻射考驗,優點在于管理方便。

我從儀表生產廠的角度來看,認為鎳鉻/鎳鋁技術方案國際通用并經核輻射考驗,因其制成的K型熱電偶質量穩定可靠,但如果用它制造的熱電偶因管理困難而導致產品質量問題時,則“穩定可靠”就毫無意義。故“易于生產管理”比“國際通用”更重要。我提出“大配對”的建議,就是我國生產的K型熱電偶合金偶絲,只許有統一標準的KP、KN,100%自由配對,支持我國采用鎳鉻/鎳硅技術方案。

上海電器科學研究所建議由該所草擬“K型熱電偶國家標準”。

這次會議同意了我的意見,它讓K型熱電偶鎳鉻/鎳硅偶絲處于合法地位,能夠穩定生產。從此,我國K型熱電偶蓬勃發展,滿足了全國工業生產的需要,再也不依靠進口。并且更使后來創造“K型熱電偶新型品種”、獲得合格偶絲有了保證,從而能順利完成其新型產品,例如“鎧裝熱電偶”、“軟線型熱電偶”等。

②“穿鎂珠,拉鎧偶”工藝讓
K型鎧裝熱電偶遍布全國
1965年,02單位因原子能工程需用“sheath thermo-couple”,安排該單位上海辦事處負責人聶錦麟工程師協助我試制,我譯其為“鎧裝熱電偶”。這項試制任務要解決的重點問題有二:一為絕緣材料,二是制造工藝。
a、絕緣材料
按照鎧偶試制技術要求,應用“高純電熔鎂砂粉”。可是當時,聶工也僅能取得東北大石橋菱苦土礦“淺黃色塊狀氧化鎂”,已是國內最優產品,其純度明顯達不到試制要求。不得已而求其次,于是設法請上海一化工廠試制高純度氧化鎂,再經高溫煅燒,希望其能夠合格。后來,洛陽耐火材料研究所研制成“高純電熔鎂砂粉”,交山東王村材料廠生產。
b、制造工藝
鎧偶試制者眾多,方案紛紛。我的工藝方案是:外套管采用不銹鋼管;燒制“高純度氧化鎂”短柱(簡稱“鎂珠”),既可以為KP、KN兩根熱電偶絲間絕緣,又可在制造過程中借以精確固定偶絲的位置;再仿照首飾穿珠,將鎂珠穿在KP、KN兩根電熱偶絲上,然后將穿有鎂珠的KP、KN兩根電熱偶絲放入不銹鋼管中。當時,其他試制者多采用“震動灌裝氧化鎂粉”的工藝。
在工藝討論會上,我提出以拉管機拉制,但遭到反對。我堅持認為:首拉,則鎂珠碎成粉,粉、絲、管三者已被壓實,成為一整體實心棒;繼續再拉,實心棒將被逐步拉細,成為鎧偶。會后,我到一拉管廠借機試拉,果不出所料,拉鎧裝熱電偶成功。

拉鎧裝熱電偶成功的第二天,我就被打入“牛棚”,鎧裝熱電偶工作另派別人。3年后,我被認定為“無問題”,下放車間勞動,5年后再恢復技術工作,仍和楊金煉一起從事“鎧裝熱電偶改進”工作。這時,廠里已設有鎧裝熱電偶工作小組,也有了拉管機。經過幾番試制,確定了生產工藝,交付車間正常生產。不久,我奉一機部調令,又回上海熱工儀表研究所工作。

經過傳經、取經,現在“穿鎂珠,拉鎧偶”工藝遍地開花,鎧裝熱電偶工廠遍布全國,占領了整個熱電偶市場。


4、“軟線偶”、“軟帶偶”專利
打造高性能“纖維絕緣軟型熱電偶”
1950年,由聯邦德國引進熱電偶絲料,制造“裝配式熱電偶”,它們用“電子瓷件”為絕緣,是第一代熱電偶。1965年,由于“核能”需要,我們奉命試制成功試用的熱電偶偶纜,并制成熱電偶,命名為“鎧裝熱電偶”,它們以“壓實電熔氧化鎂粉”為絕緣,是第二代熱電偶。

到20世紀80年代末90年代初,銅仁合金廠、華儀測控公司以“玻璃纖維”為絕緣制造的熱電偶,用以測量400℃低溫,這是以“纖維”為絕緣的第三代熱電偶之雛形。又過了10余年,始有砂石纖維入市,用來制造1000℃中溫的“軟線偶”。20余年后,陶瓷纖維入市,用來制造1260℃高溫的“軟帶偶”陸續出世。這些都是“纖維絕緣”的第三代熱電偶。“軟線偶”、“軟帶偶”都是我的專利。

如果和“鎧裝熱電偶”相比較,“纖維絕緣軟型熱電偶”不僅在使用性能方面有許多優點,而且在生產經營和生產技術方面還有不少特點,如:無環境污染;投資少,出產快,質量優,無廢品;操作簡單,管理方便等。

熱電偶除K型外,尚有S、R、B、T、J、N、E等多種型號。但其制造工藝均脫胎于K型熱電偶。所以研究K型熱電偶發展歷程,也是研究中國熱電偶的發展歷程。

我陪伴熱電偶事業發展達60年之久,覺得還有一些應當做而未做的事情,如:核電站用的“鎧裝熱電偶”還在進口,“非金屬熱電偶”還未見商品,天價的“鉑銠熱電偶”尚無代用品等,亟待我們研制。

作者簡介

王同辰,1916年5月出生,江蘇人,畢業于清華大學電機工程系,高級工程師;歷任上海工業自動化儀表研究所主任工程師、研究室主任,上海華美霓虹燈廠有限公司董事、常務副總經理,上海華誼測控技術工程公司董事、總經理,上海羅倫高溫技術研究所所長兼總工程師等職,主要研究高溫技術和儀器儀表領域內的材料、元器件、工藝,國內首創高溫電熱元件硅碳棒、大膜片、鎧裝熱電偶、超微型鉑熱電阻、懸浮區熔硅單晶等。

讀K型熱電偶過去的故事,也應該了解現在K型熱電偶的技術發展,大家移步http://www.wfcycy.cn/product/118.html了解K型熱電偶的前世今生。

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