熱電偶是應用最廣泛的測溫傳感器。而熱電偶的長期穩(wěn)定性、使用壽命等各項性能指標，都與熱電偶保護管密切相關。熱電偶損壞率的高低直接取決于熱電偶保護管材料的性能。因此，本文將詳細介紹各種熱電偶保護管的材料、性能和選用，以供技術人員參考。
隨著自動化程度的不斷提高，溫度的測量涉及到國民經濟的各個領域，如工農業(yè)生產、國防、科研、醫(yī)療、衛(wèi)生、環(huán)保、氣象以及宇航等部門。熱電偶因其性能穩(wěn)定、準確可靠、結構簡單、使用方便、測溫范圍廣、信號可遠傳等優(yōu)點，在工業(yè)生產和科學研究等領域中已成為應用最廣泛的感溫元件。而熱電偶的長期穩(wěn)定性、使用壽命等各項性能指標，都與保護管密切相關。據有關數據統(tǒng)計，熱電偶在正常的測量范圍內，其損壞率的高低直接取決于保護管材料性能的優(yōu)異。因此，在實際使用中正確地選擇保護管，是延長熱電偶使用壽命的前提。
1、熱電偶保護管的作用
熱電偶保護管主要有兩種用途，一是防止遭受機械損壞；二是保護熱電偶免受被測介質化學腐蝕、不受氧化氣氛或還原氣氛的有害影響，使熱電偶盡可能處于接近其最佳氣氛中。因此熱電偶必須加以保護，使之不受不良氣氛的侵害。
2、熱電偶保護管使用場合
熱電偶在以下幾種介質中使用必須用熱電偶保護管將熱電偶測量電極與介質隔絕：
①當與熱電偶接觸會改變熱電偶化學成分的各種金屬(固體、液體、氣體)；
②會腐蝕熱電偶材料的爐氣和其它蒸氣(硫及其化合物是特別有害的)；
③能腐蝕熱電偶材料的各種電解質。
熱電偶保護管通常為單保護管，在某些特殊情況下，可采用兩個同心安裝的保護管。接近熱電偶的稱為主保護管，外面的保護管叫輔助保護管。通常采用氧化鋁管為主保護管，碳化硅管為輔助保護管套構成組合保護管，以獲得良好的綜合性能，如具有抗切割火焰、抗熱沖擊或防止機械損傷等作用。
3、理想的熱電偶保護管性能
①耐高溫：在熱電偶溫度測量上限使用，不應產生變質和變形，在高溫下抗氧化性能好。
②耐腐蝕：當熱電偶用于酸性或堿性，以及具有其他腐蝕性介質中測溫時，保證有一定的壽命。
③密性好：可防止外界有害介質滲入保護管內部，使感溫元件損壞或變質。
④導熱性好：具有較高的導熱系數，時間常數小。
⑤有足夠的機械強度和一定的耐溫劇變的性能。
⑥物理、化學性能穩(wěn)定：在長期使用中不和外部介質、絕緣材料、熱電極材料相互作用而變質，也不產生對熱電極有害的氣體。
⑦價格低廉。
4、熱電偶保護管分類
熱電偶保護管按其材質可分為金屬、非金屬和金屬陶瓷三種。金屬熱電偶保護管機械強度高、導熱性能好、應用非常廣泛；非金屬熱電偶保護管多在1000℃以上溫度測量時采用，耐熱性能好，震性差、導熱性差；用粉末冶金的方法制成金屬陶瓷保護管，既有耐高溫的性能又有較好的機械強度，有很好的應用前景，可廣泛地用于鋼水、鐵水及高溫鹽浴爐等惡劣的環(huán)境。
5、選擇熱電偶保護管需要考慮的因素
理想的熱電偶保護管是不存在的，但各種材質的熱電偶保護管有各自的特點。選擇熱電偶保護管時，要考慮以下因素：被測介質的溫度、氣氛、流速、腐蝕性如何，管子的粗細、壁厚、長短、氣密性、抗熱沖擊、化學適應性、承受壓力、應力、響應速度、性價比如何。我們可以根據實際情況，選擇合適的保護管材料。熱電偶保護管的選取原則是：根據技術指標結合實際情況，來選擇方案。在實際工作中，大家可以根據經驗、熱電偶廠家選用指南手冊，快速地選取熱電偶保護管材料。在使用這些資料時必須仔細注意各種特定的情況。
在測量高溫燃油、燃氣、燃煤系統(tǒng)，以及測量各種高溫窯爐、熱處理用的高溫鹽浴爐和各種金屬冶煉爐等的溫度時，都會遇到高溫和氧、硫、焦油、氧離子等對保護管的強烈浸蝕。除要求其能經受高溫物理損傷，還要其能經受化學損傷。在這種惡劣的環(huán)境中，通常使用雙保護管。主保護管使用的是一種以富鋁紅柱石為基礎添入某些添加劑的陶瓷，它具有機械和耐熱沖擊最好的綜合性能，上限溫度為1650℃。為輔助保護套管采用碳化硅套管，這種材料能抗火焰的切割作用。它是不滲透氣體的，可作為致密保護套管使用，還能制成氮化物粘結型的材料，從而是滲透性大為減小。防止熱電偶腐蝕，避免火焰和氣流直接沖擊以及提高熱電偶的強度。因此，在這類惡劣條件下測溫，對保護管的要求比較苛刻：在測溫范圍內材料不變形，不變質，耐溫度突變的沖擊，耐被測溫介質的浸蝕且材質應當是致密的，不會產生被測介質的任何滲漏以免損傷熱電極，材料導熱性能要好且易于加工制造。
6、熱電偶保護管材質及用途
用戶或熱電偶廠家在選用熱電偶保護管材料時要兼顧使用壽命和經濟性。昌暉儀表《熱電偶保護管材料及使用場合》和《測量高溫的熱電偶該如何選用熱電偶保護管》文章中對熱電偶保護管應用做了詳細說明，在此不再累述。
7、現階段特殊領域的熱電偶連續(xù)測溫難題
熱電偶保護管雖然種類繁多，技術成熟，但是，它們只能在常規(guī)場合使用，尚不能滿足許多特殊領域的要求。尤其是在高溫高腐蝕環(huán)境，由于熱電偶保護管的使用壽命問題沒有得到根本解決，在許多領域連續(xù)測溫成為難題，主要有以下幾個行業(yè)：
①鋁電解槽連續(xù)測量
鋁電解槽溫度的連續(xù)測量，對于實時監(jiān)控電解槽運行狀況，對其運行狀況進行綜合分析，并加以控制，從而使電解槽各項技術指標達到最佳值，具有重要意義。然而，鋁電解槽的連續(xù)測溫是一個國際性難題。主要原因有兩個：一是電解槽內電解質對保護管有很強的腐蝕性；二是電解槽內部溫度高，正常溫度940-970℃之間。出現效應時可達1000-1200℃。所以目前工廠普遍采用間斷測溫法。
②滲碳爐溫度測量
③銅冶煉過程中的熔體連續(xù)測溫仍在研究
銅液的連續(xù)測溫通常采用金屬陶瓷保護管，表面加保護涂層。
④高溫流動粉體的溫度測量
對于輸煤系統(tǒng)、流化床、水泥熟料、耐火材料等流動粉體的溫度測量，由于流動粉體對保護管磨損及腐蝕均很嚴重。目前對低于500℃的流動粉體，可采用高強度鋼或表面改性技術，噴涂WC或Ni-Cr-B，其硬度可達到6070(HRe)。如果常溫在1000℃左右，可采用鈷基合金保護管。該保護管具有優(yōu)異的耐熱沖擊、耐磨性能及高溫強度，對硫化物及釩良好的耐蝕性，但價格昂貴。
⑤超高溫真空爐連續(xù)測溫
⑥高溫鹽浴爐連續(xù)測溫
⑦鋼水連續(xù)測溫
鋼水溫度高達1600℃以上，鋼水和渣液對熱電偶保護管有很強的侵蝕作用，熱電偶保護管由環(huán)境溫度下進入鋼水時要經受巨大的熱沖擊和沖刷應力，使鋼水連續(xù)測溫成為國際性難題，一直沒有進展。
針對上述課題，我國科研工作者長期在為之奮斗。據筆者所知，科研院所及大學的精密陶瓷實驗室、材料系等有關部門，都希望借助于新材料新工藝，研制使用壽命長、性價比高的新型保護管。熱電偶保護管的壽命問題一旦得到突破，特殊領域的連續(xù)測溫難題就會迎刃而解。保護管選型請移步至“溫度傳感器保護管”選型頁面 http://m.prosperiteweb.com/product/132.html。
作者：中國航天科技集團701所 蔡捷偉
