氩气供应系统是高温校准过程中传感器退化的主要防御手段。当薄膜热电偶暴露在超过 1200°C 的温度下时，大气中的氧气会产生破坏性影响。氩气系统向炉内充入惰性气体，置换氧气，以防止关键金属薄膜层和引线连接发生氧化或剥落。
高温校准炉提供必要的热环境，但它们本身无法保护传感器的物理结构。氩气供应充当重要的“大气屏蔽层”，确保收集到的数据反映热电偶的真实性能，而不是传感器快速衰减产生的伪影。
高温失效的化学原理
氧化的威胁
在高于 1200°C 的温度下，标准大气中的氧气具有高度反应性。 对于依赖沉积在基板上的微观金属层的薄膜热电偶来说，这种反应性是致命的。 在没有保护的情况下，金属薄膜层会迅速氧化，导致结构立即退化。
贵金属的脆弱性
人们普遍误认为贵金属不受这种环境的影响。 即使是通常耐腐蚀的材料，如铂和铑，在这些极端温度下也面临风险。 氩气环境可确保这些引线连接在整个过程中保持完整和导电。
机械剥落
氧化不仅改变化学成分；它还会破坏机械结合。 当金属与氧气反应时，薄膜会从其基板上剥离。 这种物理分离会中断电路，导致校准无法完成。
确保数据完整性
保持塞贝克系数
校准的目的是通过与标准索引表进行比较来确定传感器的塞贝克系数。 如果传感器氧化，其热电性能会实时变化。 氩气创造了一个稳定的环境，确保电压输出保持线性且可重复。
延长传感器寿命
校准通常是一种压力测试，但不应是破坏性测试。 通过置换氧气，氩气系统使传感器能够在高达 1500°C 的全量程校准过程中生存下来。 这允许验证传感器在其整个预期工作范围内的性能。
理解操作限制
系统复杂性
引入氩气供应会增加校准设置的复杂性。 它需要精确的流量控制和密封的炉膛环境才能有效。 密封不良或气体流量不足会导致氧气进入，从而抵消保护作用。
保护的局限性
虽然氩气可以防止氧化，但它不能缓解热应力。 炉膛导轨仍必须将传感器精确地定位在均匀的温度场中。 氩气确保化学稳定性，但机械定位对于热均匀性仍然至关重要。
根据您的目标做出正确的选择
为了最大限度地提高校准数据的可靠性，请考虑您的主要目标：
- 如果您的主要关注点是传感器寿命：确保在炉子升温之前启动氩气流量，以防止早期表面氧化。
- 如果您的主要关注点是数据精度：验证炉膛密封是否完好，以便氩气气氛保持纯净，防止导致电压读数偏差的微氧化。
惰性气体系统不仅仅是一个附件；它是验证极端温度下薄膜技术的基本要求。
摘要表：
| 特征 | 无氩气（有氧气）时的影响 | 有氩气（惰性屏蔽）时的影响 |
|---|---|---|
| 材料完整性 | 金属薄膜层快速氧化 | 防止薄膜化学降解 |
| 结构稳定性 | 机械剥落和电路断裂 | 保持薄膜与基板之间的牢固结合 |
| 数据准确性 | 塞贝克系数不稳定/电压偏差 | 确保线性和可重复的热电输出 |
| 传感器寿命 | 1200°C 以上发生破坏性失效 | 通过全量程测试延长传感器寿命 |
| 引线连接 | 铂/铑丝腐蚀 | 保持贵金属引线的导电性 |
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参考文献
- Fengxiang Wang, Chao Li. Fabrication and Calibration of Pt-Rh10/Pt Thin-Film Thermocouple. DOI: 10.3390/mi14010004
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
