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飞鸿踏雪泥,忆旧事——记我国K型热电偶的研制(转载)

山东欧文托普自动化主要从事于各类仪器仪表的研发与销售,今日发掘一个不错一篇文章,给大家一起看看
我国仪表自动化发展历史久远,早在战国时期就已出现了司南,上世纪二十年代上海中国科学仪器馆的建立,开创了我国近代仪表制造业,新中国成立60多年来,我国仪表和自动化行业在艰难的环境中逆风而上,百折不挠地成长起来,为彰显仪表与自动化技术在国民经济中的重要作用,弘扬老一辈仪表和自动化人的历史功绩和锲而不舍的创新精神,由中国仪器仪表学会主办,化学工业出版社发行了《飞鸿踏雪泥》(中国仪表和自动化产业发展60年史料资料)系列丛书。

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《飞鸿踏雪泥》收录的文章多是以第一人称记述,是我国仪表和自动化人的亲身经历、亲手所为、亲眼所见,这些文稿、照片是新中国成立60多年来我国仪表和自动化事业发展历史的宝贵素材。一篇篇文稿饱含深情的记录着历史,一张张凝聚并唤起记忆的老照片,将我们的思绪带回到了60多年历史进程中。那些曾经的人和事,不仅让人们领悟了历史赋予的深意,更让人们体会到在“人”“事”之中所蕴含的规律和精神。


但是,仪表人的故事能进入报纸、杂志、电视、网络等大众传媒的却不多,“会道的一缕藕丝牵大象,盲修者千钧铁杆打苍蝇”,仪表自动化专业就是这一缕细细的藕丝,仪表自动化人常常成为幕后英雄,容易被世人遗忘,其成功的经验和失败的教训也有可能随风飘散。


仪表圈作为行业内最大的互联网知识社群,有义务将老一辈仪表人的“人”和“事”分享给更多的人,精析历史,启迪未来。


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忆旧事——记我国K型热电偶的研制


王同辰


热电偶为温度测量中用途最广、使用最多的仪表,而众多型号热电偶之设计,又多以仿制K型为主。所以,了解K型热电偶的发展史,即可知晓我国热电偶的发展全貌。


1941年,我进入资源委员会北碚焦油厂工作。1945年抗日战争胜利后,我奉调赴锦州,参与接收日军汽油厂,掌管自动化课。这是我生平第一次接触热电偶。1950年,我进入上海华仪工程贸易行(简称“华仪行”),任工程师。有志于我国仪表事业的30余位技术专家、教授,以其薪给之余,集资从事仪表进口业,先商后厂,谋求创始中国仪表工业,以免受制于外国。1951年,由联邦德国进口的S型铂铑热电偶成品、K型“镍铬/镍铝热电偶”成品及其半成品“偶芯”交我负责仿制。从此,我与热电偶结缘,至今60余年。



 


三件大事成就K型装配式镍铬/镍铝热电偶


华仪行以其经营仪表进口之赢利,创办上海综合仪器厂,生产仪器仪表,热电偶是其中之一。我主要做了三件大事。


1.仿制K型镍铬/镍铝热电偶

有了进口半成品“偶芯”,我们能车制接线盒,也能烧制热电偶陶瓷配件,但缺“耐1300℃高温合金热电偶保护管”。于是,在上海全市搜购耐高温合金钢板。取样在高温电炉中用1300℃烧试,取其能耐烧者,裁条卷焊成“热电偶保护管”,并与接线盒、陶瓷配件组成“K型装配式镍铬/镍铝热电偶”。迄今工厂仍仿制出售未变。现国内已能生产1300℃的高温合金钢管。


2.试制“globar”1300℃高温电炉

烧试耐高温合金钢板需要1300℃电炉,可是1951年时国内还没有。于是,由华仪行从西欧进口golbar电热原件。我用之以设计试制1300℃箱式电炉与管试电炉,用于热电偶丝测试,迄今全国仍沿用此法。国产矽碳棒1300℃高温电炉始于此,我将golbar译为“矽碳棒”,现市场已改称为“硅碳棒”。


3.试制globar

当时,各式1300℃电炉需求量日增,但globar基本依赖进口,我就萌念生产“矽碳棒(globar)”。其制备原理虽为简单的“碳之矽化”,但制之却不易。因矽取材不同,而生产工艺迥异。试制成功后不久,我就奉调参加第一机械工业部(简称“一机部”)上海热工仪表研究所的建所工作,担任特殊材料特殊元件研究室主任。上海综合仪器厂停止生产“矽碳棒”,依旧靠进口globar生产电炉。



 


国际标准水土不服
“易于生产管理”比“国际通用”更重要

自从有了K型镍铬/镍铝热电偶,工厂根据经验淬火的都改用它来保证工件质量,“偶芯”进口量日增。冶金系统的大连钢厂和一机部系统的上海电器科学研究所(“电器所”),分别进行研制“K型热电偶偶丝合金”(正极合金KP,负极合金KN)工作。1964年,上海市委书记陈丕显蹲点上海自动化仪表三厂,搞“城市桃园经验”,调我到该厂以加强技术工作。


1965年,在上海召开的国家高温基地会议,讨论了“K型热电偶合金定制”及“K型热电偶国家标准”工作。会上,钢铁总院阎光珠工程师和电器所张晨工程师各自汇报了其研制“K型热电偶偶丝合金”的成果。大连钢厂沿用苏联镍铬/镍铝的技术方案,6对合金配对成偶。电器所采取镍铬/镍铝技术方案,却能达到1对合金KP、KN,90%自由配对成电偶。两方案各有短长。镍铬/镍铝技术方案国际通用,并经过核辐射考验,但多到6对合金配对成偶,不仅冶炼复杂,其使用管理也困难。镍铬/镍铝技术方案仅为1对合金,较易冶炼,却未经核辐射考验,优点在于管理方便。


我从仪表生产厂的角度来看,认为镍铬/镍铝技术方案国际通用并经核辐射考验,因其制成的K型热电偶质量稳定可靠,但如果用它制造的热电偶因管理困难而导致产品质量问题时,则“稳定可靠”就毫无意义。故“易于生产管理”比“国际通用”更重要。我提出“大配对”的建议,就是我国生产的K型热电偶合金偶丝,只许有统一标准的KP、KN,100%自由配对,支持我国采用镍铬/镍硅技术方案。


电器所建议由该所草拟“K型热电偶国家标准”。


这次会议同意了我的意见,它让K型热电偶镍铬/镍硅偶丝处于合法地位,能够稳定生产。从此,我国K型热电偶蓬勃发展,满足了全国工业生产的需要,再也不依靠进口。并且更使后来创造“K型热电偶新型品种”、获得合格偶丝有了保证,从而能顺利完成其新型产品,例如“铠装热电偶”、“软线型热电偶”等。



 


“穿镁珠,拉铠偶”

K型铠装热电偶遍布全国

1965年,02单位因原子能工程需用“sheath thermo-couple”,安排该单位上海办事处负责人聂锦麟工程师协助我试制,我译其为“铠装热电偶”。这项试制任务要解决的重点问题有二:一为绝缘材料,二是制造工艺。


1.绝缘材料

按照铠偶试制技术要求,应用“高纯电熔镁砂粉”。可是当时,聂工也仅能取得东北大石桥菱苦土矿“浅黄色块状氧化镁”,已是国内最优产品,其纯度明显达不到试制要求。不得已而求其次,于是设法请上海一化工厂试制高纯度氧化镁,再经高温煅烧,希望其能够合格。后来,洛阳耐火材料研究所研制成“高纯电熔镁砂粉”,交山东王村材料厂生产。


2.制造工艺

铠偶试制者众多,方案纷纷。我的工艺方案是:外套管采用不锈钢管;烧制“高纯度氧化镁”短柱(简称“镁珠”),既可以为KP、KN两根热电偶丝间绝缘,又可在制造过程中借以精确固定偶丝的位置;再仿照首饰穿珠,将镁珠穿在KP、KN两根电热偶丝上,然后将穿有镁珠的KP、KN两根电热偶丝放入不锈钢管中。当时,其他试制者多采用“震动灌装氧化镁粉”的工艺。


在工艺讨论会上,我提出以拉管机拉制,但遭到反对。我坚持认为:首拉,则镁珠碎成粉,粉、丝、管三者已被压实,成为一整体实心棒;继续再拉,实心棒将被逐步拉细,成为铠偶。会后,我到一拉管厂借机试拉,果不出所料,拉偶成功。


拉偶成功的第二天,我就被打入“牛棚”,铠偶工作另派别人。3年后,我被认定为“无问题”,下放车间劳动,5年后再恢复技术工作,仍和杨金炼一起从事“铠装热电偶改进”工作。这时,厂里已设有铠偶工作小组,也有了拉管机。经过几番试制,确定了生产工艺,交付车间正常生产。不久,我奉一机部调令,又回上海热工仪表研究所工作。


经过传经、取经。“穿镁珠,拉铠偶”工艺遍地开花,铠偶工厂遍布全国,占领了整个热电偶市场。


 


“软线偶”、“软带偶”专利

打造高性能“纤维绝缘软型热电偶”


1950年,由联邦德国引进热电偶丝料,制造“装配式热电偶”,它们用“电子瓷件”为绝缘,是第一代热电偶。1965年,由于“核能”需要,我们奉命试制成功试用的热电偶偶缆,并制成热电偶,命名为“铠装热电偶”,它们以“压实电熔氧化镁粉”为绝缘,是第二代热电偶。


到20世纪80年代末90年代初,铜仁合金厂、华仪测控公司以“玻璃纤维”为绝缘制造的热电偶,用以测量400℃低温,这是以“纤维”为绝缘的第三代热电偶之雏形。又过了10余年,始有砂石纤维入市,用来制造1000℃中温的“软线偶”。20余年后,陶瓷纤维入市,用来制造1260℃高温的“软带偶”陆续出世。这些都是“纤维绝缘”的第三代热电偶。“软线偶”、“软带偶”都是笔者的专利。


如果和“铠装热电偶”相比较,“纤维绝缘软型热电偶”不仅在使用性能方面有许多优点,而且在生产经营和生产技术方面还有不少特点,如:无环境污染;投资少,出产快,质量优,无废品;操作简单,管理方便等。


热电偶除K型外,尚有S、R、B、T、J、N、E等多种型号。但其制造工艺均脱胎于K型热电偶。所以研究K型热电偶发展历程,也是研究中国热电偶的发展历程。


我陪伴热电偶事业发展达60年之久,觉得还有一些应当做而未做的事情,如:核电站用的“铠装热电偶”还在进口,“非金属热电偶”还未见商品,天价的“铂铑热电偶”尚无代用品等,亟待我们研制。


作者简介


王同辰,1916年5月出生,江苏人,毕业于清华大学电机工程系,高级工程师;历任上海工业自动化仪表研究所主任工程师、研究室主任,上海华美霓虹灯厂有限公司董事、常务副总经理,上海华谊测控技术工程公司董事、总经理,上海罗伦高温技术研究所所长兼总工程师等职,主要研究高温技术和仪器仪表领域内的材料、元器件、工艺,国内首创高温电热元件硅碳棒、大膜片、铠装热电偶、超微型铂热电阻、悬浮区熔硅单晶等。





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