王同辰先生是我國研制K型熱電偶的技術(shù)先驅(qū)，文中王同辰先生以第一人稱方式向儀表人回顧他參與K型熱電偶研制的經(jīng)歷。昌暉儀表以此文銘記和弘揚(yáng)老一輩儀表人的歷史功績和鍥而不舍的創(chuàng)新精神。
熱電偶為溫度測量中用途最廣、使用最多的儀表，而眾多型號熱電偶之設(shè)計(jì)，又多以仿制K型為主。所以，了解K型熱電偶的發(fā)展史，即可知曉我國熱電偶的發(fā)展全貌。
1941年，我進(jìn)入資源委員會北碚焦油廠工作。1945年抗日戰(zhàn)爭勝利后，我奉調(diào)赴錦州，參與接收日軍汽油廠，掌管自動化課。這是我生平第一次接觸熱電偶。1950年，我進(jìn)入上海華儀工程貿(mào)易行(簡稱“華儀行”)，任工程師。有志于我國儀表事業(yè)的30余位技術(shù)專家、教授，以其薪給之余，集資從事儀表進(jìn)口業(yè)，先商后廠，謀求創(chuàng)始中國儀表工業(yè)，以免受制于外國。1951年，由聯(lián)邦德國進(jìn)口的S型鉑銠熱電偶成品、K型“鎳鉻/鎳鋁熱電偶”成品及其半成品“偶芯”交我負(fù)責(zé)仿制。從此，我與熱電偶結(jié)緣，至今60余年。
1、三件大事成就K型裝配式熱電偶
上海華儀工程貿(mào)易行以其經(jīng)營儀表進(jìn)口之贏利，創(chuàng)辦上海綜合儀器廠，生產(chǎn)儀器儀表，熱電偶是其中之一。我主要做了三件大事。
①仿制K型鎳鉻/鎳鋁熱電偶
有了進(jìn)口半成品“偶芯”，我們能車制接線盒，也能燒制熱電偶陶瓷配件，但缺“耐1300℃高溫合金熱電偶保護(hù)管”。于是，在上海全市搜購耐高溫合金鋼板。取樣在高溫電爐中用1300℃燒試，取其能耐燒者，裁條卷焊成“熱電偶保護(hù)管”，并與接線盒、陶瓷配件組成“K型裝配式鎳鉻/鎳鋁熱電偶”。迄今工廠仍仿制出售未變?，F(xiàn)國內(nèi)已能生產(chǎn)1300℃的高溫合金鋼管。
②試制“globar”1300℃高溫電爐
燒試耐高溫合金鋼板需要1300℃電爐，可是1951年時國內(nèi)還沒有。于是，由華儀行從西歐進(jìn)口golbar電熱原件。我用之以設(shè)計(jì)試制1300℃箱式電爐與管試電爐，用于熱電偶絲測試，迄今全國仍沿用此法。國產(chǎn)矽碳棒1300℃高溫電爐始于此，我將golbar譯為“矽碳棒”，現(xiàn)市場已改稱為“硅碳棒”。
③試制硅碳棒globar
當(dāng)時，各式1300℃電爐需求量日增，但globar基本依賴進(jìn)口，我就萌念生產(chǎn)“矽碳棒（globar）”。其制備原理雖為簡單的“碳之矽化”，但制之卻不易。因矽取材不同，而生產(chǎn)工藝迥異。試制成功后不久，我就奉調(diào)參加第一機(jī)械工業(yè)部（簡稱“一機(jī)部”）上海熱工儀表研究所的建所工作，擔(dān)任特殊材料特殊元件研究室主任。上海綜合儀器廠停止生產(chǎn)“矽碳棒”，依舊靠進(jìn)口globar生產(chǎn)電爐。
2、國際標(biāo)準(zhǔn)水土不服
①“易于生產(chǎn)管理”比“國際通用”更重要
自從有了K型熱電偶，工廠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)淬火的都改用它來保證工件質(zhì)量，“偶芯”進(jìn)口量日增。冶金系統(tǒng)的大連鋼廠和一機(jī)部系統(tǒng)的上海電器科學(xué)研究所，分別進(jìn)行研制“K型熱電偶偶絲合金”(正極合金KP，負(fù)極合金KN)工作。1964年，上海市委書記陳丕顯蹲點(diǎn)上海自動化儀表三廠，搞“城市桃園經(jīng)驗(yàn)”，調(diào)我到上海自動化儀表三廠以加強(qiáng)技術(shù)工作。
1965年，在上海召開的國家高溫基地會議，討論了“K型熱電偶合金定制”及“K型熱電偶國家標(biāo)準(zhǔn)”工作。會上，鋼鐵總院閻光珠工程師和電器所張晨工程師各自匯報(bào)了其研制“K型熱電偶偶絲合金”的成果。大連鋼廠沿用蘇聯(lián)鎳鉻/鎳鋁的技術(shù)方案，6對合金配對成偶。電器所采取鎳鉻/鎳鋁技術(shù)方案，卻能達(dá)到1對合金KP、KN，90%自由配對成電偶。兩方案各有短長。鎳鉻/鎳鋁技術(shù)方案國際通用，并經(jīng)過核輻射考驗(yàn)，但多到6對合金配對成偶，不僅冶煉復(fù)雜，其使用管理也困難。鎳鉻/鎳鋁技術(shù)方案僅為1對合金，較易冶煉，卻未經(jīng)核輻射考驗(yàn)，優(yōu)點(diǎn)在于管理方便。
我從儀表生產(chǎn)廠的角度來看，認(rèn)為鎳鉻/鎳鋁技術(shù)方案國際通用并經(jīng)核輻射考驗(yàn)，因其制成的K型熱電偶質(zhì)量穩(wěn)定可靠，但如果用它制造的熱電偶因管理困難而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問題時，則“穩(wěn)定可靠”就毫無意義。故“易于生產(chǎn)管理”比“國際通用”更重要。我提出“大配對”的建議，就是我國生產(chǎn)的K型熱電偶合金偶絲，只許有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的KP、KN，100%自由配對，支持我國采用鎳鉻/鎳硅技術(shù)方案。
上海電器科學(xué)研究所建議由該所草擬“K型熱電偶國家標(biāo)準(zhǔn)”。
這次會議同意了我的意見，它讓K型熱電偶鎳鉻/鎳硅偶絲處于合法地位，能夠穩(wěn)定生產(chǎn)。從此，我國K型熱電偶蓬勃發(fā)展，滿足了全國工業(yè)生產(chǎn)的需要，再也不依靠進(jìn)口。并且更使后來創(chuàng)造“K型熱電偶新型品種”、獲得合格偶絲有了保證，從而能順利完成其新型產(chǎn)品，例如“鎧裝熱電偶”、“軟線型熱電偶”等。
②“穿鎂珠，拉鎧偶”工藝讓K型鎧裝熱電偶遍布全國
1965年，02單位因原子能工程需用“sheath thermo-couple”,安排該單位上海辦事處負(fù)責(zé)人聶錦麟工程師協(xié)助我試制，我譯其為“鎧裝熱電偶”。這項(xiàng)試制任務(wù)要解決的重點(diǎn)問題有二：一為絕緣材料，二是制造工藝。
a、絕緣材料
按照鎧偶試制技術(shù)要求，應(yīng)用“高純電熔鎂砂粉”?？墒钱?dāng)時，聶工也僅能取得東北大石橋菱苦土礦“淺黃色塊狀氧化鎂”，已是國內(nèi)最優(yōu)產(chǎn)品，其純度明顯達(dá)不到試制要求。不得已而求其次，于是設(shè)法請上海一化工廠試制高純度氧化鎂，再經(jīng)高溫煅燒，希望其能夠合格。后來，洛陽耐火材料研究所研制成“高純電熔鎂砂粉”，交山東王村材料廠生產(chǎn)。
b、制造工藝
鎧偶試制者眾多，方案紛紛。我的工藝方案是：外套管采用不銹鋼管；燒制“高純度氧化鎂”短柱（簡稱“鎂珠”），既可以為KP、KN兩根熱電偶絲間絕緣，又可在制造過程中借以精確固定偶絲的位置；再仿照首飾穿珠，將鎂珠穿在KP、KN兩根電熱偶絲上，然后將穿有鎂珠的KP、KN兩根電熱偶絲放入不銹鋼管中。當(dāng)時，其他試制者多采用“震動灌裝氧化鎂粉”的工藝。
在工藝討論會上，我提出以拉管機(jī)拉制，但遭到反對。我堅(jiān)持認(rèn)為：首拉，則鎂珠碎成粉，粉、絲、管三者已被壓實(shí)，成為一整體實(shí)心棒；繼續(xù)再拉，實(shí)心棒將被逐步拉細(xì)，成為鎧偶。會后，我到一拉管廠借機(jī)試?yán)?，果不出所料，拉鎧裝熱電偶成功。
拉鎧裝熱電偶成功的第二天，我就被打入“牛棚”，鎧裝熱電偶工作另派別人。3年后，我被認(rèn)定為“無問題”，下放車間勞動，5年后再恢復(fù)技術(shù)工作，仍和楊金煉一起從事“鎧裝熱電偶改進(jìn)”工作。這時，廠里已設(shè)有鎧裝熱電偶工作小組，也有了拉管機(jī)。經(jīng)過幾番試制，確定了生產(chǎn)工藝，交付車間正常生產(chǎn)。不久，我奉一機(jī)部調(diào)令，又回上海熱工儀表研究所工作。
經(jīng)過傳經(jīng)、取經(jīng)，現(xiàn)在“穿鎂珠，拉鎧偶”工藝遍地開花，鎧裝熱電偶工廠遍布全國，占領(lǐng)了整個熱電偶市場。
4、“軟線偶”、“軟帶偶”專利打造高性能“纖維絕緣軟型熱電偶”
1950年，由聯(lián)邦德國引進(jìn)熱電偶絲料，制造“裝配式熱電偶”，它們用“電子瓷件”為絕緣，是第一代熱電偶。1965年，由于“核能”需要，我們奉命試制成功試用的熱電偶偶纜，并制成熱電偶，命名為“鎧裝熱電偶”，它們以“壓實(shí)電熔氧化鎂粉”為絕緣，是第二代熱電偶。
到20世紀(jì)80年代末90年代初，銅仁合金廠、華儀測控公司以“玻璃纖維”為絕緣制造的熱電偶，用以測量400℃低溫，這是以“纖維”為絕緣的第三代熱電偶之雛形。又過了10余年，始有砂石纖維入市，用來制造1000℃中溫的“軟線偶”。20余年后，陶瓷纖維入市，用來制造1260℃高溫的“軟帶偶”陸續(xù)出世。這些都是“纖維絕緣”的第三代熱電偶?！败浘€偶”、“軟帶偶”都是我的專利。
如果和“鎧裝熱電偶”相比較，“纖維絕緣軟型熱電偶”不僅在使用性能方面有許多優(yōu)點(diǎn)，而且在生產(chǎn)經(jīng)營和生產(chǎn)技術(shù)方面還有不少特點(diǎn)，如：無環(huán)境污染；投資少，出產(chǎn)快，質(zhì)量優(yōu)，無廢品；操作簡單，管理方便等。
熱電偶除K型外，尚有S、R、B、T、J、N、E等多種型號。但其制造工藝均脫胎于K型熱電偶。所以研究K型熱電偶發(fā)展歷程，也是研究中國熱電偶的發(fā)展歷程。
我陪伴熱電偶事業(yè)發(fā)展達(dá)60年之久，覺得還有一些應(yīng)當(dāng)做而未做的事情，如：核電站用的“鎧裝熱電偶”還在進(jìn)口，“非金屬熱電偶”還未見商品，天價的“鉑銠熱電偶”尚無代用品等，亟待我們研制。
作者簡介
王同辰，1916年5月出生，江蘇人，畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)工程系，高級工程師；歷任上海工業(yè)自動化儀表研究所主任工程師、研究室主任，上海華美霓虹燈廠有限公司董事、常務(wù)副總經(jīng)理，上海華誼測控技術(shù)工程公司董事、總經(jīng)理，上海羅倫高溫技術(shù)研究所所長兼總工程師等職，主要研究高溫技術(shù)和儀器儀表領(lǐng)域內(nèi)的材料、元器件、工藝，國內(nèi)首創(chuàng)高溫電熱元件硅碳棒、大膜片、鎧裝熱電偶、超微型鉑熱電阻、懸浮區(qū)熔硅單晶等。
讀K型熱電偶過去的故事，也應(yīng)該了解現(xiàn)在K型熱電偶的技術(shù)發(fā)展，大家移步http://www.huatongjz.com/product/118.html，了解K型熱電偶的前世今生。
