|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 13 14 15 16 17 18 увеличение т.э.д.с. -у-Се в диапазоне (2-8)-102 МПа [547] вблизи точки фазового перехода обусловлено смещением локализованного 4/-состояния, расположенного ниже уровня Ферми под действием давления и соответствующим уменьшением расстояния Вр-б/ (см. раздел 2.2.2.). Это в свою очередь приводит к резкому увеличению релаксационного члена: (Э In т/(Э е-~ 1/(8-е/). В разбавленных магнитных сплавах, например Au-Fe, Си-Fe, Си-Со, высокое давление, вызывающее изменение межатомного расстояния, приводит к изменению магнитного взаимодействия W между ионами примеси, которое описывается следующей осциллирующей зависимостью от расстояния г между ними; (12.6) где kp - волновой вектор на поверхности Ферми. Из формулы (12.6) видно, что даже малые изменения межатомного расстояния могут заметно повлиять иа межпримесное взаимодействие, что в свою очередь должно вызвать изменение т.э.д.с. (см. разделы 2.3.1. и 11.1.2.). Данные по влиянию давления на взаимодействие примесь - примесь в ряде разбавленных магнитных сплавов (например, Au-Fe, Au-Мп) и на связанные с этим взаимодействием электрические свойства можно найти, например, в работе [548]. В металлах и сплавах, испытывающих фазовые переходы под действне.м высокого давления, вблизи точек перехода наблюдаются резкие изменения т. э. д. с, обусловленные перестройкой электронного и (или) фононного спектров. Определенный вклад в наблюдаемые при высоких температурах изменения т. э. д. с. под действием высокого давления может быть связан с уменьщением концентрации вакансий, как это наблюдали в алюминии и золоте [549]. 12.3. ДАННЫЕ ПО ВЛИЯНИЮ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА Т. Э. Д. С. МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Результаты исследования влияния высокого давления до 1,2Х ХЮ МПа на т.э.д.с. большого числа металлов, константана и манганина (АГ=100°С), опубликованные в работе [532], показали, что большинство материалов имеет положительную т.э.д.с. давления т. е. электроны в горячем спае движутся от сжатого материала к несжатому. Отрицательные величины были обнаружены лишь для Mg, Со и манганина, а для Fe, Al и Sn отрицательные значения наблюдались лишь при определенных температурах и давлениях (см. также [533, 547, 549]). Первые данные по влиянию давления на т.э.д.с. ряда термоэлектродных сплавов были получены [536] в широком диапазоне давлений до 7,2 ГПа при перепаде температур О-100°С (рис. 12.2). За исключением хромеля и сплава N1-Мо, т. э. д. с. которых уменьшалась под действием высокого давления, все исследованные Т. э. д. с. давления - т. э. д. с. термопары, оба электрода которой изготовлены из проволок одного материала - одной сжатой, другой - при нормальном давлении. 0,04 -0,04
0,Г6 - . 0,1 г 0,08 20 }0 40 so 60 70 Давление, (Ю'МПа) материалы имели положительную т. э. д. с. давления: самую высокую- константан, самую низкую - медь. Иными словами, абсолютная величина т.э.д.с. всех исследованных материалов, за исключением платинородия и меди, уменьшалась под действием давления. Между тем, по данным [537], отрицательная т.э.д.с. давления у хромеля наблюдается лишь при не слишком высоких (ниже 300°С) температурах при давлениях менее 2 ГПа. При т.Ш.,тБ/°С низких давлениях (менее 2Х Х102 МПа) т. э.Д. с. давления хромеля отрицательна при всех температурах [543]: при температурах до 450 °С величина поправки не превосходит 0,1 С/Ю'МПа, а с повышением температуры растет, достигая 0,42±0,02°С/10г МПа при 1000 С. У сплава ПРЮ т. э. д. с. давления (положительная) монотонно возрастает с ростом температуры, а О /О при 800 °С выходит на насыщение на уровне 0,44± ±0,02°С/Ю2 МПа [543]. Изменения знака т. э. д. с. давления хромеля при переходе к более высоким давлениям и температурам является причиной перемены знака поправки к т. э. д. с. пары ХА в целом (см. ниже). Влияние давления 3,5 ГПа на т.э.д.с. хромеля, алюмеля, платины и сплава ПРЮ в интервале температур от О до 1000 °С детально исследовано в работе [537]. 12.4. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРМОПАР Влияние давления систематически исследовано лишь для термопар ПРЮ/О и ХА; по влиянию давления на другие термопары имеются лишь отдельные публикации. Первые результаты для промышленных термопар ПРЮ/О, ХА, МКн и Ni-Мо-N1 были опубликованы в работе [536]; соответствующие поправки .были рассчитаны по данным для отдельных термоэлектродов (см. рис. 12.2). Среди четырех указанных термопар наибольшую т. э. д. с. давления имеет термопара МКн, однако вследствие ее высокой чувствительности соответствующая поправка при 7 ГПа составляет лишь около 3 7о от т. э. д. с. при нормальном давлении. Между тем для термопары ПРЮ/О, имеющей низкую чувствительность, поправка достигает -~11%. Зависимости поправок от давления для четырех перечисленных термопар представлены на рис. 12.3. Опубликованные в этой работе данные получены без учета поправок на неизотермич- Рнс. 12.2. т. э. д. с. давления некоторых терноэлектродных металлов и сплавов при 100°С: / - константан; 2 -платина; 5 - никель; 4 - алюмель; 5 - платинородий (ПРЮ); ff -медь; 7 - хромель; 8 -сплав Ni-l-18% Мо [536] М, °СнаЮО°С 10 ность области градиента давления (уплотнений). Суммарная погрешность, включающая вклад этого эффекта, не превосходила 5 %. Термопары ХА и ПРЮ/О. При не слишком высоких давлениях и температурах, термопара ХА является, по-видимому, наиболее стабильной к воздействию высокого давления среди исследованных высокотемпературных термопар. При давлении до 1 ГПа и (нли) температурах до 600 °С соответствующие поправки близки к нулю [542, 543, 550]. Так, согласно данным [539], прн давлениях до 1 ГПа и температуре 1000°С поправка к градуировке термопары ХА составляет 0,12°С/102 МПа, тогда как для термопары ПРЮ/О эта величина равна 0,96 °С/102 МПа. Для термопары ПРЮ/О поправки к градуировке положительны при всех температурах и давлениях (рнс. 12.4), см. [537]; для термопары ХА прн температурах выше 700 °С поправки отрицательны, т. е. их нужно отнимать от измеренных значений т. э. д. с. нли температуры, а при температурах ниже 350 °С положительны при любых давлениях в интервале до 5 ГПа (рнс. 12.5), см. [537]. Сводка данных, полученных различными авторами для термопар ПРЮ/О и ХА, представлена в табл. 12.1 и 12.2, см. также [556]. Разброс приведенных величин может быть связан со следующими факторами [537]: 1) неточностью абсолютной калибровки давления прн высоких температурах и ее невоспроизводимостью при перехо- ТА БЛИЦА 12.1  О 20 40 60 Давление (10МПа) Рис. 12,3. Поправки к градуировкам четырех термопар при высоких давлениях [536]; ; -ПРЮ/О; 2-МКн; 3-№-Мо-N; 4 - ХА
Ш 200 100
500 1000 1500 t/C АЕ, тв 200  -1200 О 200 Ш 600 800 1000 t°C Рис. 12.4, Поправки к показаниям Рис, 12,5. Поправки к показаниям термопары ПРЮ/О при высоких термопары ХА при высоких давле- давлениях [5371: ниях [537]: ;-5-Ю' МПа; 2-4-Ю'; 3-ъл№; ;-5-Ю=МПа; 2-4-Ю'; 3-3-Ю'; 4-2-Ю'; 5-1-1№ 4-2-Ю'; 5-МО де от одной камеры к другой; 2) различием профилей давление - температура в камерах различного типа; 3) неодинаковым вкладом деформации в наблюдаемые эффекты в камерах различных типов. По-внднмому, этнмн же причинами объясняется и несоответствие в знаке поправки между работами [539]--поправка отрицательна прн всех температурах и [537] - поправка прн ~350°С положительна. Подробные данные, полученные в работе [537] для хромеля, алюмеля, платины и ПРЮ, были апнрокснмнрованы полиномами четвертой степени (по степеням температуры и давления) для описания поверхности отклика E=f(T, Р): E=ai ATP + аз АТР^ + аз (ДГ) р + 4 ДГР' + + а,{АТ)Р^ + а,{АТ)Р, (12.7) где £-т. э. д. с. давления в мкВ; ДГ=Г-Го - перепад температур в градусах в области высокого давления (в единицах 10 МПа); ai -коэффициенты. Ниже приведены коэффициенты а,- разложения поправок на высокое давление к т.э.д.с. термопар ПРЮ/О и ХА и их отдельных электродов: ПРЮ/О 0,44487-10-2 0,85626-10-4 0,54252-Ю-в 0,97344-10- -0,10622-10- -0,12372-10-8 ПРЮ 0,10853 -0,36139 -0,60326 -0,12425 0,10359 0,12864 -10-1 -10-* -10-5 -10- -10- -10-8 ПлТ 0,15302-10-1 0,49488-10- . -0,60745-10- -0,11452- Ю- -0,26313-10-8 0,49230-10-10 Стандартное отклонение: ±2,0 мкВ ±1,7мкВ -0,26744-10-1 0,12950-Ю-а 0,42384-Ю- -0,11720-10-* -0,83299-10-е 0,17245-10- -0,29198-10-2 0,71560-10-3 0,16332-10-* -0,95802-10-5 -0,29829-10- 0,27378-10-8 ±0,6мкВ А 0,23824-10-1 -0,57939-10-3 -0,26052-10- 0,21401-10-Б 0,53471-10-е -0,14527-10- Стдндартное отклонение: ±4,4 мкВ ±3,1 мкВ ±6,9 мкВ Термопара МКн. Высокое давление приводит к уменьшению абсолютной величины т.э.д.с. в интервале 20-360 К [534, 553]. Абсолютная величина т.э.д.с. давления линейно возрастает с рос-, том давления в интервале до 5-10 МПа со скоростью 4,1 мкВ/102 МПа прн 77 К и 2,2 мкВ/10 МПа при 362 К [534] - 12.6, где эта величина составляет 4,4 мкВ/10 МПа нли 0,27 К/Ю' МПа [553]. Величина этой скорости монотонно возрастает с ростом перепада температур ДГ. Завнснмость т. э. д. с. термопары МКн от давления приведена на рнс. 12.7. Термопара ЖКн. Влияние давления на т. э. д. с. исследовано [539] при температурах до 1000 °С и давлении 4 ГПа. Зависимость поправки (отрицательной) от температуры имеет минимум при температуре около 350 °С; при температурах выше .~600°С поправки меняет знак и становится положительной, рис. 12.8. Термопара М-ЗК. Влияние давления на т.э.д.с. исследовано прн 20-360 К [553]. Высокое давление приводит к падению абсолютной величины т.э.д.с. в исследованном интервале температур. Зависимость коэффициента давления при 2-10 МПа от темпе-  /? 100 гоо 3001 к Рис. 12.6. Зависимость коэффициента давления т. э. д. с. термопар МК (1) и М-ЗК (2) от температуры при давленпн МПа [5531  О 200 Ш 600 800 t/O Рис. 12.8. Поправка к показаниям термопары ЖКи при давлении 4.Ю' МПа и температуре ЮОО °С [539] 5635  Рис. 12.7. Зависимость т. э. д. с. термопары МКн от давления [553] Давление (Ю^НПа) ратуры проходит через максимум вблизи 80 К (где он достигает 10 мкВ/Ю' МПа), см. рис. 12.6. Термопара М-МЖ. Как показано в работе [541], изменение дифференциальной т.э.д.с. под действием гидростатического давления до 1 ГПа в диапазоне 1,5-4,2 К не превосходит 2 %. Термопара N1-18 Mo-Ni. Т. э. д. с. этой пары увеличивается под действием давления. Поправки достигают ~2С прн давлении 7 ГПа и перепаде температур ~100°С [536]. Зависимость поправки от давления близка к зависимости для термопары ХА. 12.5. ВЛИЯНИЕ УДАРА НА Т. Э.Д. С. 8 литературе имеются немногочисленные данные по воздействию ударных нагрузок на т.э.д.с. Показано, что сигнал, возникаюший под действием удара, значительно превышает величину, которую можно было бы ожидать, исходя из скачка температуры в момент удара. Этот эффект был первоначально обнаружен в работе [555] для термопары МКн. Т. э. д. с, возникающая в этой термопаре под действием ударного давления 30 ГПа, достигает 250 мВ. Между тем расчетная температура медного электрода при этом давлении должна составлять около 200 °С, что должно давать т. э. д. с. около 9 мВ. Эксперименты с различными комбинациями металлических материалов при давлениях 16-40 ГПа также обнаружили т.э.д.с, значительно превышающую расчетную. Возникающая т. э. д. с, по данным работы [555], пропорциональна не температуре, а давлению при ударной нагрузке. Механизм данного эффекта до сих пор не выяснен. Однако закономерности изменения ударной т.э.д.с. для различных комбинаций электродов указывают на то, что она объясняется не ошибочными оценками температуры, а имеет ту же природу, что и обычная т. э. Д. с. ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 , ПРАКТИЧЕСКИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ (ГОСТ 8.157-75) Практические температурные шкалы - совокупность методов и средств, позволяющих по возможности просто измерять температуру достаточно близко к ее термодинамическому значению. Совокупность практических температурных шкал, установленная ГОСТ 8.157-75, образует единую систему температурных шкал, непрерывную от 0,01 до 100000 К: 1. Диапазон температур от 0,01 до 0,8 К. Температурная шкала термометра магнитной восприимчивости ТШТМВ. Основана на зависимости магнитной восприимчивости термометра из цериймаг-ниевого нитрата от температуры (закон Кюри). 2. Диапазон температур от 0,8 до 1,5 К. Температурная шкала Не 1962 г. Основана на зависимости давления насыщенных паров изотопа гелня-3 от температуры. 3. Диапазон температур от 1,5 до 4,2 К. Температурная шкала Не 1958 г. Основана на зависимости давления насыщенных паров изотопа гелия-4 от температуры. 4. Диапазон температур от 4,2 до 13,81 К. Температурная шкала германиевого термометра электрического сопротивления ТШГТС. Основана на зависимости сопротивления германиевого термометра от температуры. 5. Диапазон температур от 13,81 до 6300 К. Международная практическая температурная шкала 1968 г. МПТШ-68 (см. также [9]). Основана иа ряде воспроизводимых равновесных состояний, которым приписаны определенные значения температур, т. е. на основных реперных (постоянных) точках и на эталонных приборах, градуированных при этих температурах. В качестве эталонных приборов применяют платиновый термометр сопротивления (для области температур от 13,81 до 903,89 К) и термоэлектрический термометр с электродами из платинородия (10 % Rh) и платины (для области температур от 903,89 до 1337,58 К). Для области температур выше 1337,58 К температуру определяют в соответствии с законом излучения Планка. 6. Диапазон температур от 6300 до 100000 К. Температурная шкала пирометра микроволнового излучения ТШПМИ. Основана на зависимости спектральной плотности энергии излучения черного тела от температуры. 20-330 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ОСНОВНЫЕ РЕПЕРНЫЕ (ПОСТОЯННЫЕ) ТОЧКИ МПТШ-68 (ГОСТ 8.157-75) Равновесие между фазами Температура Твердой, жидкой и парообраз-нвй равновесиого водорода (тройная точка равновесиого водорода) Жидкой и парообразной равновесного водорода при давлении 33,330 кПа (250 мм рт. ст.) Жидкой и парообразной равновесного водорода (точка кипения равновесного водорода) Жидкой и парообразной неона (точка кипения неона) Твердой, жидкой и парообразной кислорода (тройная точка кислорода) Жидкой и парооб]лдзной кислорода (точка кипения кислорода) Твердой, жидкой и парообразной воды (тройная точка воды) Жидкой и парообразной воды (точка кипения воды) Твердой и жидкой цинка (точка затвердевания цинка) Твердой и жидкой серебра (точка затвердевания серебра) Твердой и жидкой золота (точка затвердевания золота) 13,81 17,042 20,28 27,102 54,361 90,188 273,16 373,15 692,73 1235,08 1337,58 -259,34 -226,108 -252,87 -246,048 -218,789 -182,962 0,01 419,58 961,93 1064,43 Оценка] погрешнв-ств К 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Точно по определе-нию 0,005 0,03 0,2 0,2 Примечания: I. Состояние равновесия между твердой и жидкой фазами олова (точка затвердевания олова) имеет значение /=231,9681 °С (погрешность 0,015 к) и может быть использовано вместо точки кипения воды. 2. В правой колонке таблицы даиа оценка погрешности термодинамической температуры. 3. Значения температур даны для состояния равновесия прн давлении, равном 101,325 кПа (760 мм рт. ст), за исключением тройных точек и точки 17,042 К. ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ВТОРИЧНЫЕ РЕПЕРНЫЕ (ПОСТОЯННЫЕ) ТОЧКИ (ГОСТ 8.157-75) Наряду с основными реперными точками МПТШ-68 имеются и другие реперные точки. Некоторые из них и их температуры по МПШТ-68 приведены в иастоящен Приложении. За исключением температур тройных точек, остальные являются температурами равновесия системы при давлении, равном 101,325 кПа (760 мм рт. ст.)
Продолжение
а н с о п < ы с н е S X W о Ы 3 X 3* о Ч pq
т ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ТОЧНОСТЬ, ДОСТИЖИМАЯ ПРИ ГРАДУИРОВКЕ ТЕРМОПАР [П] Точность, достижимая при градуировке по методу постоянных точек
* Температура измеряется с помощью образцового платинового термометра сопротивления. Точность, достижимая при использовании градуировки по методу сличения в жидкостных ваннах* Тип термопар Интервал температур, С И ХКн и МКи -196 до 425 - 196 до 435 -196 до -56 до 200 -196 до 250 -196 до 250 -196 до 250 -56 до 200 точки измерения Через каж- дые 100 °С То же 50 С 50 °С 50 °С 100 °С 50 °С 50 °С 50 °С Образцовый прибор** Погрешность в измеренных точках, С ПТС ПТС- ХКи (ХК) или МКи (МК) сжт ПТС ПТС ХКн (ХК) нли МКн (МК) СЖТ 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,2 Пог реш-ность интерполированных значений, С 0,1 0,2 0,2 0,1 0,2 типпр^!?-? мешалками. ПТС - платиновый термометр сопротивления, СЖТ - стеклянно-жидкостной термометр. Точность, достижимая при градуировке по методу сличения*
Сличение в лабораторных печах с образцовой термопарой ПР10/0; точки измерения через каждые 100 °С. Точность, достижимая при градуировке термопар BP по методу плавящегося мостика (плавления проволочки) Погрешность, С
* Эти значения достигаются только при условии, если градуировка сделана во всех 5 точках. Точность, достижимая при градуировке методом сличения с образцовым оптическим пирометром
Интерполяция с помощью кривой поправок к градуировочной таблице прн градуировочиых точках, расположенных приблизительно через 200 С.
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ТЕРМОЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ И ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Интегральная т. э. д. с. при высоких температурах некоторых чистых металлов показана на рис. 1-4 (относительно платины) и рис. 5 (относительно вольфрама). Температура свободных концов везде О С. Интегральная т. э. д. с. при высоких температурах некоторых сплавов - двойных твердых растворов иа основе меди, серебра, никеля, палладия, кобальта, платины, вольфрама, молибдена, иридия, ниобия, рения и ванадия относительно металла-основы (растворителя) показана на рис. 6-17. Температура свободных концов везде О °С. Интегральную т. э. д. с. других сплавов см. на рис. 4.2 (Си-Ni); рис. 4.8 (никелевые сплавы); рис. 4.9 (Ni-Ее, N-Со); рис. 4.10 (Ni-Сг-Si, Ni-Si-А1, Ni-Si-Mn, Ni-Mn-AI); рис. 5.1 и 5.2 (Pt-Rh); рис. 5.23-5.24 (Ir-Rh, Ir-Ru); рис. 5.1 (Au-Pd); рис. 5.2 (Au-Pd-Pt); рис, 5.3 (Pt-Pd-Rh); рис. 6.3 (W-Mo) и рис. 6.7 (W-Re).  Л = 3 о. x ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ т. э. д. с. ОТНОСИТЕЛЬНО МЕДИ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ВО ВНЕШНИХ ТЕРМОПАРНЫХ ЦЕПЯХ [18] Т.эЛс, MB  О 4оа вое то f°o Рис. 2. Интегральная т. э. д. с. W, Мо, Ru, Rh, Pd, Re, Bi, Sb относительно платины  Рнс. 3. Интегральная т. э. д. с. V, Nb, Та, Fe, Ni, Со, U, Np, Tli, In, Се, Sn, Pb относительно платины   О 400 800 то то то t,°c Рис. 5. Интегральная т. э. д. с. V, Nb, Та, Мо, Re, Ir относительно вольфрама  О 400 800 1200 t,C Рис. 6. Интегральная т. э. д. с. платиновых сплавов относительно платины 1 ... 13 14 15 16 17 18 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||