一种温度传感器耐高温防腐蚀耐磨涂层、温度传感器及应用

摘要

本发明提供一种温度传感器耐高温防腐耐磨涂层，该涂层由铬酐与氧化锆晶体混合加热后喷涂至温度传感器保护管表面制成，具体由铬酐与氧化锆晶体混合、搅拌均匀，加热至熔融或半熔融状态后通过等离子喷涂至温度传感器测温端表面制成，其中铬酐与氧化锆晶体的体积比为35~75:25~65，本发明还提供一种应用上述涂层的温度传感器以及该温度传感器在水泥厂的应用，本发明中喷涂有耐高温防腐耐磨层的温度传感器相比传统的温度传感器，更加适合在高温、腐蚀、磨削这三者结合的恶劣测量环境里使用，使用时间可达143小时，比现有温度传感器使用时间延长约2倍，在提升使用时间的同时制造成本大大降低，也减少了一半以上的工作量。

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体的，涉及一种温度传感器耐高温防腐蚀耐磨涂层、温度传感器及应用。

背景技术

由于热电偶性能稳定、准确可靠、结构简单等优点，使得热电偶温度传感器的应用越来越广泛，该种温度传感器包括接线盒、热电偶、保护管和连接装置，热电偶与接线盒连接，保护管套在热电偶的外部，连接装置设在保护管的外部。温度传感器是水泥厂测控系统最重要的一次仪表，测温准确与否将直接导致控温是否准确，决定各种标号水泥的质量。

国内水泥企业生产线上温度传感器的损耗相当大，市场上现有温度传感器的寿命是0.5天～3天，市场售价是使用寿命为0.5天的是￥600元/支，使用寿命为2.5天的为￥1200元/支，附图1是损坏后的温度传感器(常用温度1161℃～1260℃)。水泥厂一般在窑尾烟处都设置有一个测量点，最高温度下每天至少需消耗1200元/2.5天＝480元/天，按水泥厂每年生产200天计算，一个测量点每年需花费9.6万元，如果温度传感器的使用时间能延长，那么延长一个测量点一天时间，就可节约1/2.5天×9.6万元＝3.84万元，一般一条水泥干法旋窑生产线有6个温度测量点，分别为三级筒、四级筒、五级筒锥体温度，分解炉中部、窑尾烟、窑头罩温度，6个点总共可节约23.04万元。可见若能延长温度传感器的使用寿命，那么对于水泥生产企业来说，每年节约的生产成本是相当可观的，且不影响生产进度，同时，技术人员也不用经常爬上位置高达60米的旋窑上，去更换温度传感器，大大减轻操作人员劳动强度。

目前在市场上高温测量领域，1300℃以内绝大部分都是用的K型热电偶，它是一种廉金属，成本较低，用K型热电偶加上外保护管及接线盒，便成为一支完整的成型温度传感器，而决定温度传感器的使用寿命主要是外保护管的材料，在1300℃的高温领域，外保护管的材料目前国内通常都用镍铬合金，如2520(美国牌号为310S)，然而，用此材料有一个巨大的瓶颈，国内一直未能突破，那就是在高温、腐蚀、磨削这三者结合的恶劣测量环境里，镍铬合金的使用寿命将极大地缩短，因为高温、腐蚀、磨削这三者对于材料而言，称之为三大“杀手”，附图1为经过测量损坏后的温度传感器测量端，高温硫腐蚀，又称为热腐蚀，是极易损伤材料的，如果仅仅是对抗热腐蚀，那么用刚玉、石英等耐高温含碳量高的非金属，材料即可解决，然而这些非金属材料都只能抗热腐蚀，而不能抗磨削，它们都易碎；如果光是抗磨削，抗冲击那么用金属材料即可。因此，要找到一种满足同时抗高温、防热硫腐蚀、耐磨削三种本身就互相矛盾的特性而又要揉和在一起的材料，绝非易事。所以如果需要提高温度传感器的使用寿命，关键在于测量环境直接接触的保护管的使用寿命，如何提高保护管在高温、腐蚀、磨削三者结合的恶劣环境中的使用寿命是研究重点。从而研制出一种在使用时间上能延长的温度传感器，为企业降低生产成本，降低劳动强度。

因此，水泥企业迫切需要市场能研制出一种成本不高，使用寿命能延长的新材料热电偶温度传感器。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高温度传感器在高温、腐蚀、磨削环境下使用寿命的温度传感器耐高温防腐蚀耐磨涂层。

本发明另一目的在于提供一种有耐高温防腐耐磨的高温度传感器。

本发明还有一个目的在于提供高温度传感器在水泥厂的应用。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现：

一种温度传感器耐高温防腐耐磨涂层，由铬酐与氧化锆晶体混合加热后喷涂至温度传感器保护管表面制成，由铬酐与氧化锆晶体混合、搅拌均匀，加热至熔融或半熔融状态后通过等离子喷涂至温度传感器测温端表面制成，其中铬酐与氧化锆晶体的体积比为35～75:25～65。

优选地，铬酐与氧化锆晶体的体积比为65:35。

优选地，温度传感器耐高温防腐耐磨涂层厚度为0.07～0.15mm。喷厚了和温度传感器基体结合力不强，意义不大，且成本提高1/2，喷涂薄了达不到相应的技术效果，本发明在考虑实现耐高温，抗磨损，抗腐蚀的同时降低成本，进一步优选所述温度传感器耐高温防腐耐磨涂层厚度为0.1mm。

优选地，所述等离子喷涂的参数为：离子速度150～300m/s，火焰温度10000℃，涂层空隙率5～10％，结合强度30～70MPa。等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基本表面改进的技术，采用科学合理的参数，可以使基体表面具有耐磨、耐腐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、辐射、减磨和密封等性能。

本发明还公开一种温度传感器，包括保护管，所述温度传感器保护管表面设置有上述耐高温防腐耐磨涂层。

优选地，所述保护管的材料为镍铬合金。

进一步优选地，所述镍铬合金材料的化学组成重量百分比为：

Cr：9～10％，Co：0.7～1.2％，Si：0.3～0.6％，Ca：0.02～0.05％，Y：0.04～0.08％，混合稀土：0.03～0.07％，余量是Ni。

优选地，所述保护管的内壁厚度为6～7mm，优选为6.5mm。

优选地，所述温度传感器总长1050mm，所述温度传感器前端500mm为喷涂段，喷涂有耐高温防腐耐磨涂层。

本发明所述的温度传感器尤其适用于在水泥厂生产水泥工艺过程的测温领域。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明创造性的将铬酐和氧化锆晶体混合熔融，利用等离子喷涂的方法喷涂到温度传感器表面形成附着牢固的耐高温防腐耐磨层，该耐高温防腐耐磨层有很好的耐高温、防腐蚀和耐磨性能，同时与温度传感器表面的保护管结合紧密，其中结合方式包含化学结合、机械结合、分子结合三种方式。

(2)本发明中喷涂有耐高温防腐耐磨层的温度传感器相比传统的温度传感器，更加适合在高温、腐蚀、磨削这三者结合的恶劣测量环境里使用，现有市场上有的温度传感器都未经镀硬铬和喷涂氧化锆，在1200℃左右的水泥厂房内，其使用时间最长为50小时，其价格为1200元每支，每年一个测量点的使用支数为80支，每个水泥厂按最少六个点计算共使用支数为480支，每年费用为57.6万元，本发明中喷涂有耐高温防腐耐磨层的温度传感器使用时间可达143小时，比现有温度传感器使用时间延长约2倍，在提升使用时间的同时本发明中温度传感器的制造成本仅为600元每支，每年一个测量点使用支数为34支，每个水泥厂按最少六个点计算共使用支数为204支，每年费用为12.24万元，节约45.36万元，在节约成本的同时减少了一半以上的工作量。

(3)本发明应用前景广阔，全国的水泥厂数量很多，仅湖南一个省，年产量在5000吨以上的水泥厂就有200多家，从节能降耗的角度而言，可为国家节约大量的资源，因此研制后的温度传感器具有很好的市场推广价值。另外，本发明耐高温防腐耐磨层可广泛应用于水泥、电力、煤炭、化工、国防等多种高温、腐蚀、磨削的测温场合。

附图说明

附图1为本发明背景技术中损坏后的温度传感器测量端。

附图2为本发明温度传感器结构简图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。下述实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。除非特别说明，下述实施例中使用的原材料和设备为本领域常规使用的原材料和设备。

实施例1

本实施例提供一种温度传感器耐高温防腐耐磨涂层。

该涂层喷涂在温度传感器保护管表面，首先将体积比为35～75:25～65的铬酐与氧化锆晶体混合加热至熔融或半熔融状态，然后采用喷涂设备在混合熔融后的材料进行喷涂，采用等离子喷涂的方法喷涂到温度传感器保护管表面形成温度传感器耐高温防腐耐磨涂层。其中，温度传感器耐高温防腐耐磨涂层喷涂厚度为0.07～0.15mm。

等离子喷涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将铬酐和氧化铬晶体搅拌均匀后加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向温度传感器前端表面结合形成附着牢固的表面层，该涂层与温度传感器的结合方式包含化学结合、机械结合、分子结合三种方式。

其中，等离子喷涂的技术指标为：离子速度150～300m/s，火焰温度10000℃，涂层空隙率5～10％，结合强度30～70MPa。

本实施例中温度传感器耐高温防腐耐磨涂层可应用于市面上常见的各种温度传感器上，提升温度传感器的耐高温、防腐和耐磨性能，从而延长其使用时间。

实施例2

本实施例提供一种应用实施例1中温度传感器耐高温防腐耐磨涂层的温度传感器。

图2为温度传感器结构简图，该温度传感器包括热电偶3、接线盒1、保护管4、连接装置2以及测温部分5，热电偶3与接线盒1连接，保护管4套在热电偶3的外部，连接装置2设在保护管4的外部。温度传感器通过连接装置2与测量点连接，用于温度传感器的保护管4的测温部分5深入测量点与待测物接触测温。

本实施例温度传感器保护管4内壁厚度为6.5mm；材料为镍铬合金，本实施例中，镍铬合金材料的化学组成重量百分比为：Cr：10％，Co：1.0％，Si：0.5％，Ca：0.03％，Y：0.06％，混合稀土：0.05％，余量是Ni。

本实施例温度传感器总长为1050mm，温度传感器前端500mm为喷涂段。

其中，温度传感器耐高温防腐耐磨涂层喷涂在保护管4喷涂段表面，喷涂后表面情况见表1，喷涂方法按照实施例1中的步骤实施，具体参数如下：

首先将体积比为65:35的铬酐与氧化锆晶体混合加热至熔融或半熔融状态，然后采用喷涂设备在混合熔融后的材料进行喷涂，采用等离子喷涂的方法喷涂到温度传感器保护管测温端表面形成温度传感器耐高温防腐耐磨涂层。其中，温度传感器耐高温防腐耐磨涂层喷涂厚度为0.07～0.15mm；本实施例优选采用0.1mm厚度。等离子喷涂的技术指标为：离子速度200m/s，火焰温度10000℃，涂层空隙率7％，结合强度60MPa。

实施例3

本实施例提供一种应用实施例1中温度传感器耐高温防腐耐磨涂层的温度传感器。

本实施例与实施例2基本相同，不同点在于铬酐与氧化锆晶体的体积比为50:50，喷涂后表面情况见表1。

实施例4

本实施例提供一种应用实施例1中温度传感器耐高温防腐耐磨涂层的温度传感器。

本实施例与实施例2基本相同，不同点在于铬酐与氧化锆晶体的体积比为75:25，喷涂后表面情况见表1。

实施例5

本实施例提供一种应用实施例1中温度传感器耐高温防腐耐磨涂层的温度传感器。

本实施例与实施例2基本相同，不同点在于铬酐与氧化锆晶体的体积比为25:75，喷涂后表面情况见表1。

实施例6

本实施例提供一种应用实施例1中温度传感器耐高温防腐耐磨涂层的温度传感器。

本实施例与实施例2基本相同，不同点在于铬酐与氧化锆晶体的体积比为35:65，喷涂后表面情况见表1。

对比例1

本实施例提供一种只镀硬铬涂层的温度传感器，该传感器与实施例2结构相同，镀硬铬的优点是改善温度传感器硬度，用于耐磨，提高温度传感器与温度传感器外保护管的结合力，方法为在温度传感器前端500mm段镀硬铬，厚度为0.1mm，镀硬铬采用本领域常规技术。

对比例2

本实施例提供一种只喷涂氧化锆涂层的温度传感器，该传感器与实施例2结构相同，喷涂氧化锆的优点是防腐蚀，因为是非金属、耐高温、熔点在2700℃，但其与温度传感器的基本结构不够紧密，不耐磨，具体喷涂方法为在温度传感器前端500mm喷涂氧化锆，厚度为0.1mm，喷涂氧化锆采用实施例2中等离子喷涂方法。

实施例7

本实施例为实施例2～6和对比例1、2中温度传感器在水泥厂中的应用。

水泥厂中环境如下：需要测试点在旋转窑内，正在生产水泥，燃烧着煤粉、石灰石，煤粉和石灰石颗粒在旋转窑内不停地旋转磨削，煤粉燃烧产生的会形成导致硫腐蚀，测点温度稳定在1161℃，实际可能会达到1200℃；旋转窑内的空气呈负压，窑内压力为-800Pa。

将实施例2～6、对比例1、对比例2中温度传感器和市面上现有的温度传感器应用在上述环境中，实际使用时间见表1。

表1温度传感器表面情况与实际使用时间

实施例混合后喷涂表面情况实际使用时间(h)实施例2表面次光滑143实施例3表面粗糙100实施例4表面光滑123实施例5表面呈细小颗粒状95实施例6表面呈细小颗粒状112对比例1/90对比例2/84现有市场温度传感器/50

水泥厂温度传感器的损耗相当大，市场上现有温度传感器的寿命是0.5天～3天，市场售价是使用寿命为0.5天的是￥600元/支，使用寿命为2.5天的为￥1200元/支。水泥厂一般在窑尾烟处都设置有一个测量点，最高温度下每天至少需消耗1200元/2.5天＝480元/天，按水泥厂每年生产200天计算，一个测量点每年需花费9.6万元，一般一条水泥干法旋窑生产线有6个温度测量点，分别为三级筒、四级筒、五级筒锥体温度，分解炉中部、窑尾烟、窑头罩温度，6个点一年总共需要花费57.6万元。同时，技术人员也不用经常爬上位置高达60米的旋窑上，去更换温度传感器，大大减轻操作人员劳动强度。

使用实施例2中的温度传感器，从安装后开始使用到烧断，共使用143小时，约6天，比现有的温度传感器使用寿命延长了3.5天，使用实施例2中温度传感器和现有的温度传感器费用比较见表2。

表2水泥企业使用现有传感器和实施例2中传感器费用比较表

从表2可以看出，使用实施例2中温度传感器，六个测量点每年至少可为水泥厂节约45.36万元，同时为水泥厂减轻一半以上的工作量。