铜-康铜热电偶的锡膜焊接及热电特性

　　1　概述

　　铜-康铜热电偶在-200~400℃的温度范围内,具有热电势和温度关系近似线性,而且热电势大、灵敏度高、复制性好等优点,是一种准确度高的廉金属热电偶,广泛应用于制冷、空调设备的测试研究中。铜-康铜热电偶分度号为T,在测量温度时,红色电极(Cu:100%)为正极,银白色电极(Cu:55%,Ni:45%)为负极[1]。

　　热电偶的制作常采用以下几种方法:电弧焊接法(包括直流电弧焊接和交流电弧焊接)、氩弧焊接、气焊、碳粉焊接、盐水焊接和水银焊接[1]。这些焊接方法,有各自的优点,但也存在着一定的缺陷和局限性。在超小型热电偶(电偶金属丝直径为0.01~0.1mm之间)制作方面,文献[2]提出了将两根电偶金属丝绞成麻花样,40~60V电压下在含有草酸的氯化钠水溶液中焊接的制造方法,利用此法可制取快响应、高精度的微型热电偶。这种方法,实质上仍属于盐水焊接范畴,加入适量草酸可改善盐水焊接对电极材料的选择性。

　　针对铜-康铜等廉金属热电偶采用上述方法进行焊接所存在的不足,提出一种适合于电偶金属丝直径为0.03~0.5mm的热电偶制作新方法———锡膜焊接法,该法既保证了焊接设备价格低廉,又避免了热电偶出现沾污、脆断等缺陷。经标定可知,各热电偶的一致性好,在-40~100℃温度范围内,与标准热电偶的热电特性吻合得很好,其精度达到±0.1℃,可作为二级标准温度计使用。

　　2　用锡膜焊接法制作热电偶

　　采用外被有绝缘胶皮的铜丝(外径Φ0·2 mm)、康铜丝(外径Φ0·2mm)作为热电偶的两电极,将两种导线截成2~3m左右的线段,一端拧成麻花状,铰接长度约为5mm以待焊接。热电偶锡膜焊接装置如图1所示,在烧杯中盛入非易燃油,油内放入外被锡纸薄膜(称为锡膜)的导电金属环作为一个电极,热电偶为另一电极,调节调压器向两电极之间提供约80V左右的交流电压。焊接时,使热电偶的铰接部位接触锡膜,起弧后迅速离开。

　　热电偶交接端部在接触锡膜的瞬间造成短路现象,强大的短路电流使铰接端部两金属迅速熔化,在油的冷却和防氧化作用下,形成晶亮的小球。这种方法适合于导线直径在Φ0·3~0·5mm的热电偶制作。

　　热电偶制作质量的好坏直接影响热电测温的准确性,为减少传热误差和动态误差,焊点应尽量小,通常为二电极直径和的两倍左右。利用放大镜对热电偶逐个进行检查可知,采用锡膜焊接法制作的热电偶,其焊点为球形,且表面光滑,具有金属光泽,对于直径均为Φ0·2mm的铜、康铜丝制作的热电偶,其焊点直径具有良好的均一性(Φ0·7~0·8mm)。