國產(chǎn)K分度號熱電偶絲材（俗稱K偶）的高溫性能分析和S分度號熱電偶絲材（俗稱S偶）價格分析趨勢，推薦廣大用戶在合適的工況和溫度段內(nèi)，用德國產(chǎn)K偶部分替代S偶，以降低成本，提高經(jīng)濟效益。

通過本文對國產(chǎn)K分度號熱電偶絲材（俗稱K偶）的高溫性能分析和S分度號熱電偶絲材（俗稱S偶）價格分析，推薦廣大用戶在合適的工況和溫度段內(nèi)，用德國產(chǎn)K偶部分替代S偶，以降低成本，提高經(jīng)濟效益。
1.國產(chǎn)K偶絲材的歷史與現(xiàn)狀
作為工業(yè)測溫中zui廣泛使用的溫度傳感器之一,熱電偶是目前工業(yè)測溫中用量zui大的產(chǎn)品，約占整個工業(yè)測溫傳感器總量的60%，它廣泛應(yīng)用在-40~1800℃溫度范圍內(nèi)的各種液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的溫度測量中。
在各種熱電偶中，廉金屬熱電偶中的K偶使用量zui大，約占廉金屬熱電偶總量的70%以上，它被廣泛應(yīng)用在500~1300℃溫度范圍內(nèi)的氧化性和惰性氣氛中的溫度測量，但這種熱電偶在周圍環(huán)境的氧含量較低并穩(wěn)定在某個范圍時，容易產(chǎn)生鉻的選擇性氧化（俗稱綠蝕），這種現(xiàn)象在800~1100℃溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)得尤為嚴重；發(fā)生“綠蝕”的熱電偶除熱電偶絲材表面呈現(xiàn)綠色的氧化層外，嚴重的還會出現(xiàn)表面凹陷現(xiàn)象，直接的結(jié)果是導致熱電偶出現(xiàn)負偏差和脆斷，偏差程度有的到40℃、60℃，甚至達到100℃之多。
2.國產(chǎn)絲材與德國絲材化學成份對比
下表我們列出了國產(chǎn)絲材與德國絲材化學成份的對照表，從中我們可以發(fā)現(xiàn)彼此化學成份的異同。
K偶絲材化學成份對照表
正極（KP）國產(chǎn)絲材 德國絲材 負極（KN） 國產(chǎn)絲材 德國絲材
鉻 Cr　　　　 10%　　 9.6%　　 鎳Ni　　 97%　　 94.4%
鎳Ni　　　　 90%　　 89.30%　　硅Si　　 3%　　　　1.67%
鋁 AL　　　　 0%　　 1.10%　　 錳Mn　　 0　　　　 1.90%
及其他元素　　　　　　　　　　 鋁AL　　 0　　　　 1.27%
　　　　　　　　　　　　　　　　鈷Co　　 0　　　　 0.65%　　　　　　　　　　　　　　　　 　　
從表中可以發(fā)現(xiàn),彼此的正極與負極主要成份基本相同,但在其他成份方面,德國絲材添加了不少的其他元素，從而確立了德國絲材所具有的抗高溫氧化性能和長期穩(wěn)定性。
3.貴金屬S偶的價格及其趨勢
近年來，貴金屬絲材的價格呈現(xiàn)單邊向上的趨勢，每年的上升幅度超過20%，從2002年S偶絲材200元/克左右，到2005年底，其價格已上升到350元/克，升幅高達75%，對使用S偶作為測溫傳感器的企業(yè)，無疑加大了成本；盡管有些企業(yè)使用絲材外徑為ф0.3甚至更細外徑的產(chǎn)品，但其使用壽命又受到限制，而且嚴重違反國家關(guān)于S型熱電偶檢定規(guī)程中規(guī)定的絲材外徑的尺寸要求（ф0.5~0.02），在溫度不超過1374℃的情況下，確實不是理想的產(chǎn)品。
○我公司高溫熱電偶產(chǎn)品介紹
我公司根據(jù)上述的市場情況，適時推出采用德國K偶絲材生產(chǎn)的WRND系列裝配式高溫熱電偶，采用德國高溫鎧裝導線鎳鉻鍶合金（AISI310zui高耐溫1150℃）的WRNKD1系列和采用Nicrobell合金（zui高耐溫1250℃）WRNKD2系列高溫鎧裝熱電偶系列產(chǎn)品。WRND系列裝配式高溫熱電偶，選用Isabellchutte的K型I級熱電偶絲材，絲材外徑有ф2.5（適用于-40~1200℃范圍）和ф3.2（適用于-40~1300℃范圍）兩種，以便于用戶在合適的范圍內(nèi)盡可能地降低使用成本；絕緣管和保護管均采用高鋁質(zhì)的陶瓷保護管，zui高耐溫可達到1500℃；該系列產(chǎn)品主要適用于通常裝配式S偶使用的場合。
WRNKD1系列鎧裝式高溫熱電偶系列產(chǎn)品，其不銹鋼鎧裝層材料選用德國DIN17440標準中的1.4841材料（鎳鉻鍶合金），該合金材料具有*的抗腐蝕性能，可暴露在高達900℃的含有二氧化碳的空氣中，可抵抗20℃的濃硝酸和420℃的硝酸鹽溶液；在空氣中經(jīng)常使用的溫度可達1150℃；在溫度變化較頻繁的情況下可達到1000℃左右；在550℃~850℃的溫度區(qū)間中，不推薦反復使用該合金材料，這是因為該材料有σ-相沉淀硬化的結(jié)構(gòu)趨向，在冷卻至室溫時容易碎裂；該系列產(chǎn)品主要適用于帶有腐蝕氣氛且zui高溫度不超過1150℃的工況，鎧裝導線外徑為ф5或ф6。
WRNKD2系列鎧裝高溫熱電偶系列產(chǎn)品，是德國MiL公司應(yīng)用新型合金Nicrobell制造的新產(chǎn)品，是目前世界上僅有的設(shè)計*的鎧裝熱電偶導線，它具有如下的性能和優(yōu)點：
1、在Nicrosil化學特性的基礎(chǔ)上加入鎂元素，提高了合金的搞氧化能力，加入鈮元素，提高了合金的耐高溫強度，由此得到了新的合金Nicrobell。
2、在Nicrobell合金中，鎂和硅形成了具有保護作用的氧化硅酸鎂鹽外表層，鈮解決了合金在高溫條件下強度不夠的問題。
3、對用Nicrobell合金制造的熱電偶材料（導線），比其他不銹鋼材料制造的產(chǎn)品，具有更好的熱膨脹系數(shù)的*性，達到了0.05%，提高了10倍，且具有更長的使用壽命。
4、主要成份如下：
Cr　　 23.0-25.0%　　 Si　　1.4%　　　　 Mg　　0.15%
Nb　　0.5%　　　　　　Co 0.30%　　　　Mo 0.10%
Fe　　 0.3%　　　　　　C　　0.05%
鎧裝導線外徑為ф5或ф6。
這三大系列的產(chǎn)品，我們分別應(yīng)用于冶煉行業(yè)、熱處理行業(yè)、發(fā)電廠、粉末冶金等，均取得了較理想的效果。
○技術(shù)可行性分析
1.K偶、S偶的測溫范圍比較
根據(jù)IEC（電工委員會）的標準，K型熱電偶與S型熱電偶的測溫范圍是：K偶：-40~1300℃
S偶：0~1600℃
采用德國絲材的廉金屬K偶，適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，短期使用溫度可達到1374℃，長期使用在1000~1300℃（取決于絲材外徑的大小），其熱電勢與溫度的關(guān)系近似線性。
作為貴金屬的S偶，其精度是所有熱電偶中等級zui高的，通常用作標準或測量1200℃以上的高溫，但其價格昂貴，機械強度低，不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用，綜上比較，在0~1300℃溫度范圍內(nèi)的工業(yè)測溫，*可以用K偶替代S偶。
2.K偶與S偶的精度比較
根據(jù)IEC和國家標準，K偶與S偶在其溫度范圍內(nèi)的允差如下表所列：
分度號　　I級允差　　　　　　　　　　　　II級允差
K　　-40~375℃ ±1.5℃　　　　　　-40~333℃ ±2.5℃
　　 375~1000℃ ±0.004ItI　　　　 333~1200℃ ±0.0075ItI
S　　0~1000℃ ±1.0℃　　　　　　 0~600℃ ±1.5℃
1100~1600℃±[1+0.003.（t-1100）]℃ 600~1600℃±0.0025ItI
其中，t表示實際測量的溫度，ItI為實際測量溫度的值。
從表中可以看出，在600~1300℃的溫度范圍內(nèi)，I級的K偶、II級的K偶與II級的S偶的允差值如下表：
分度號　　600℃　　800℃　　900℃　　1000℃　　1200℃
K-I　　2.40℃　　3.20℃　　3.60℃　　4.00℃　　4.80℃
K-II　　4.50℃　　6.00℃　　6.75℃　　7.50℃　　9.00℃
S-II　　1.50℃　　2.00℃　　2.25℃　　2.50℃　　3.00℃
上表表明：采用I級精度的K偶，與II級精度的S偶相比較，其zui大的誤差≤1.8℃；采用II級精度的K偶，與II級精度的S偶相比較，其zui大的誤差≤6.0℃；這個允差對于一般的工業(yè)測溫，是足以滿足要求的。
3.德國絲材的高溫性能及成份介紹
我公司使用的德國Isabellenhutle公司的K型熱電偶絲材，選用精度均為IEC584 I級的產(chǎn)品。該公司是一家成立于19世紀的高技術(shù)企業(yè)，其主要產(chǎn)品為電阻合金、熱電偶絲材、熱電偶補償導線絲材、SMT表面貼裝特種電阻等合金產(chǎn)品，歷史悠久，品質(zhì)，于1995年分獲ISO9002、1998年獲ISO9001質(zhì)量認證，該公司的檢測結(jié)論，獲得德國標準局（GCA）的認可。
我公司于1996年即與其建立起業(yè)務(wù)關(guān)系，代理銷售其生產(chǎn)的熱電偶絲材及補償導線絲材，分別用于高精度測量、核電站熱電偶等產(chǎn)品，其的品質(zhì)獲得了客戶的信任。
我公司使用的高溫鎧裝電偶導線，由德國MiL公司生產(chǎn)。該公司主要生產(chǎn)鎧裝熱電偶導線、鎧裝熱電阻導線及電發(fā)熱鎧裝導線等產(chǎn)品，其產(chǎn)品分別供應(yīng)給ABB、Heraues、Honywell等著名廠家，在歐洲有著較高的聲譽。
我公司于2001年即與其建立起業(yè)務(wù)關(guān)系，并且是該公司在中國的總代理商。
下面所提供的是這兩家公司K偶的檢測報告（詳見附件1、附件3和附件4）及由德國中小企業(yè)管理局頒發(fā)的原產(chǎn)地證明（附件2）。
綜上所述，在相關(guān)的技術(shù)指標中，無論在適合的溫度范圍內(nèi)（-40~1300℃）或是精度方面，采用德國進口的K偶絲材，均*可以替代S偶進行一般的工業(yè)溫度測量。
○經(jīng)濟可行性分析
*，作為貴金屬的S型熱電偶，其價值體現(xiàn)在絲材的價格上；S偶絲材的價格近年來可渭一路颮升，2006年2月份的價格已達到350元/克（II級精度），而且從趨勢上看，貴金屬的行情恐怕處于只升不降的上升通道中。因此，如何降低成本，控制費用，規(guī)避貴金屬市場的風險成為使用S偶產(chǎn)品的企業(yè)面臨的一大問題。
有人認為，S偶絲材可以回收再使用，這的確不假，但回收絲材有不少問題，首先，如果回收的絲材不是整段不斷，而是多個斷口的，每個斷口的損耗接近0.4克；回收加工的損耗為4%左右，現(xiàn)行加工費17元/克，回收絲材的價格為正常絲材價格的65~70%，況且，絲材在使用更換過程中，由于其價值較高，時常有發(fā)生失竊的現(xiàn)象，給企業(yè)造成不必要的損失。因此，無論是使用新絲材，或回收舊絲材再用，在實際過程中都會碰到成本高的問題。
我公司采用德國進口K偶絲材為主要測溫材料，絕緣管與保護管采用高鋁質(zhì)的陶瓷管，生產(chǎn)WRND系列裝配式高溫熱電偶產(chǎn)品，適用于-40~1300℃溫度范圍（短期可達1374℃）的溫度測量，WRNKD1與WRNKD2系列鎧裝式高溫熱電偶產(chǎn)品，分別適用于-40~1150℃、-40~1250℃溫度范圍內(nèi)的溫度測量，以求在此溫度范圍內(nèi)替代價格昂貴的S偶。
以下我們以總長分別為L=500、650、750及1000，保護管外徑為ф16高鋁管的產(chǎn)品為例，對比K偶與S偶產(chǎn)品在成本上的差異；其中S偶絲材按國標為ф0.5外徑，II級精度，K偶絲材為ф3.2 I級精度；鎧裝導線為ф6外徑；S偶絲材按2006年3月的價格348元/克計算，S偶絲材產(chǎn)品的實際用量為總長+30計價。
產(chǎn)品型號　　外徑×總長　　單價（支）　　長期使用溫度
WRP-120、130　　ф16×500　　1715　　0~1300℃
　　　　　　 ф16×650 1998　　
　　　　　　 ф16×750　　2255　　
　　　　　　 ф16×1000　　3011　　
WRND-120、130　　ф16×500　　225　　0~1300℃
　　　　　　 ф16×650　　270　　
　　　　　　 ф16×750　　305　　
　　　　　　 ф16×1000　　370　　
WRNKD1-121、131　　ф6×500　　170　　0~1150℃
　　　　　　 ф6×650　　195　　
　　　　　　 ф6×750　　205　　
　　　　　　 ф6×1000　　245　　
WRNKD2-121、131　　ф6×500　　375　　0~1250℃
　　　　　　 ф6×650　　455　　
　　　　　　 ф6×750　　495　　
　　　　　　 ф6×1000　　635　　
從表中比較可以看出，對于同樣規(guī)格和長度的S偶與K偶產(chǎn)品，WRND系列裝配式高溫熱電偶與S偶的成本比例為1:7之多；WRNKD1系列產(chǎn)品與S偶在成本比例為1:9之多；WRNKD2系列產(chǎn)品與S偶的成本比列為1:4之多；而且，長度越長，價差就越大；因此，采用德國K偶的經(jīng)濟性是顯而易見的。
○產(chǎn)品改型的可行性分析
將已有的S偶改為高溫K偶，在技術(shù)上涉及到兩個問題：
1.需更換熱電偶補償導線，將原有的S偶補償導線，改換為K偶的補償導線，需要做的是更換線纜的工作，難度不大，但有些麻煩。
2.需要將原來輸入信號為S偶的溫度控制及顯示裝置，更改為輸入信號為K偶，目前，大多數(shù)企業(yè)所使用的溫度顯示與控制裝置，均為萬能輸入型（即輸入信號可按要求重新設(shè)置），這類裝置的更改很簡單；對于不是萬能輸入型的裝置，則需重新?lián)Q上新的裝置，也只是一次性的行為。
因此，產(chǎn)品改型在技術(shù)上不存在任何問題。