|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Градуировочная таблица и точность термопары Градуировочная таблица. Недостаточно хорошая воспроизводимость т. э. д. с. затрудняет выпуск термопар с единой градуировочиой характеристикой. В связи с этим в гост 3044-77 для термопары ВР5/20 установлены три градуировочные таблицы (характеристики 1, 2, 3). Значения т.э.д.с. нормированы до 1800°С. Расхождение между тремя характеристиками составляет ~10°С при 500 "С и ~20°С при 1000 и 1800 С. В табл. 6.10 приведена «средняя» градуировочная характеристика термопары ВР5/20 (характеристика!)* и ее продолжение для области температур 1800-2500 °С, данное в ГОСТ 3044-77 в виде справочной градуировочиой таблицы. Таблица 6.10 полностью совпадает с градуировоч.чой таблицей СТ СЭВ 1059-78. Термопара ВАР5-ВР20 имеет ту же характеристику, что и ВР5/20. Градуировочная таблица термопары ВР10/20 не разработана. Градуировочные характеристики термопар ВАРЗ-ВР25 и ВР5/26, выпускаемых за рубежом, зафиксированы в стандартах фирм [49, с. 1697-1734]. В работе [246] эти термопары проградуи-роваиы до 3000 °С; зависимости т.э.д.с. от температуры аппроксимированы нолниомами шестой степени. В работе [309] приведены гра-Дуировочиые таблицы этих термопар прн низких температурах (до Допускаемые отклонения т. э. д. с. Согласно СТ СЭВ 1059-78 пределы допускаемых отклонений т. э. д. с. АЕ, мВ, термопары ТАБЛИЦ.] в.п
ВР5/20 от значений, указанных в градуировочиой таблице, должны определяться по уравнению: АЕ - ±[а + Ь(1 - с)]- * Градуировочные характеристики 2 и 3 см. в ГОСТ 3044-77. где t - температура рабочего спая; dE/df - чувствительность термопары при температуре t; а, b п с - коэффициенты, имеющие следующие значения: Диапазон температур, "С От О до 1000 Свыше 1000 до 1800 Свыше 1800 до 2500 5-°С-1 5.°С-г 10.°С~1 6-103 11,5-103 1000-°С-1 1800-°С-1 По ГОСТ 3044-77 пределы допускаемых отклонений т. э. д. с. термопары ВР5/20 от значений, указанных в градуировочиой таблице, АЕ, мВ, в диапазоне 1000-1800 °С должны вычисляться по формуле АЕ = ± [0,08+4,0-10-= (/-1000))!, где t - температура рабочего спая. Значения предельно допускаемых отклонений т.э.д.с. АЕ, мВ, и температурном эквиваленте At, °С, в стоградусных точках но СТ СЭВ 1059-78 и ГОСТ 3044-77 ириведспы в табл. 6.11. Зарубелпые фирмы поставляют скомплектованную в пары проволоку с допуском иа т.э.д.с. ±1 % [49, с. 1697-1734]. Точность термопары. Согласно общесоюзной поверочной схеме (ГОСТ 8.083-73) предел абсолютной допускаемой погрешности термопар в диапазоне 900-2300 °С может составлять 8-30 К. В работе [18] погрешность термопар оценивается в 10 °С при 2000 °С и в 20-40°С при температурах >2000°С. Максимально достижимая точность, указанная в работе [11], не превышает 8"С при 2000°С. Рекомендуемые рабочие атмосферы и интервал рабочих температур. Срок службы (технический ресурс) Термопары предназначены для длительного измерения температуры в чистых инертных средах, сухом водороде и вакууме. Даже небольшие примеси кислорода в инертных газах могут сказаться иа сроке службы. В окислительных средах термопары могут быть использованы для измерения температуры быстротекущих процессов. При температурах выше начала катастрофического окисления срок службы исчисляется минутами. По данным [310], срок службы термопар ВР5/20 с электродами диаметром 0,1 мм (открытый рабочий спай) в пламени промышленного газа при 1200 °С составляет 2,5 мин, а при 1600°С -45 с; в кислородно-ацетиленовом - 3-5 с. Согласно [327] открытыми (неизолироваииыми) термопарами можно надежно измерять температуру быстротекущих процессов горения до 2500 °С. Во влажном водороде и углеродсодержащих восстановительных средах пользоваться термопарами ие рекомендуется. Реакция сплавов BP с парами углеводородов начинается уже при 1000 °С. Некоторые авторы указывают иа резкое уменьшение срока службы из-за охрупчиванйЯ и существенного увеличения нестабильиости термопар, находившихся в непосредственном контакте с графитом [10; 301; 14, с. 194; 311]. Подчеркивают [301], что скорость взаимодействия с углеродом при непосредственном контакте гораздо больше, чем прн реакции через газовую фазу. Возникновение хрупкости наблюдается уже при 1700 °С [10]. Контакт с углеродом понижает предельную температуру измерения до -~2500°С (при более высоких температурах возможно образование эвтектики). В то же время в ряде исследований указывается, что эксплуатация термопар типа BP в углеродсодержащей атмосфере возможна, см., например, [235, 294]. Несмотря на нежелательность, термопарами BP измеряют температуру в углеродсодержащих средах, например в высокотемпературных печах с графитовыми нагревателями. Срок службы зависит в большой степени от характера атмосферы, материала изоляции и, конечно, от температуры. Максимальная температура, которую можно измерить термопарами BP, ограничивается температурой плавления отрицательного электрода--3170°С (ВР20) и -3290°С (BP 10); по другим данным, 3140 и 3240 °С. Описаны случаи использования термопар до 2800 °С, см., например, [240, 312]. При более высоких температурах до 3000 °С также возможно кратковременное использование. В работе [11] температура в 2800°С указана как «номинальная рабочая» для термопар BP. Согласно ГОСТ 3044-77 максимальная температура длительного применепия термопары ВР5/20 1800 "С (по СТ СЭВ 1059-58 2200 °С), а кратковременного 2500 °С. Эти цифры представляются несколько заниженными, хотя следует учитывать, что 2500°С--температура, при которой изоляция и защита термопар наиболее употребительной керамикой из ВеО еще достаточно надежна. В большинстве случаев термопарами BP измеряют температуры не ниже 1300 °С; ио иногда ими измеряют более низкие температуры. О сроке службы термопар можно составить представление только по продолжительности испытаний на стабильность. Последняя достигала 10000 ч нрн - 1330С [49, с. 1645-1662]; 8000 ч при 1650 и 1730°С [302; 49, с. 1935-1949]; 1000 ч при 2130°С [49, с. 1751-1756; 313] и 2300 °С [14, с. 191]; 15 ч при 2600 °С [246]. Во всех перечисленных экспериментах испытания были прекращены по причинам, ие связанным с нарушением работоспособности термоэлектродов. Термоэлектрическая стабильность Среди сравнительно многочисленных работ по изучению стабильности показаний термопар типа BP мало таких, которые можно сопоставить друг с другом. Дрейф т. э. д. с. ззавнсит от материала изоляции, присутствия даже малых количеств кислорода в атмосфере", шунтирующего действия керамики, совместимости керамики, термоэлектродов и материала оболочки, если речь идет о термопарных кабелях, а также от режима окончательной термической обработки термоэлектродов. О роли последней будет сказано далее, а приведенные ниже данные следует считать только оценочными. Стабильность в восстановительных средах. В сухом водороде По данным [311], на поведении термопар сказывается наличие 10" % Ог в окружающей среде. стабильность термопар BP примерно такая же, как в инертных средах, т.е. достигает 1-3% [300, 314-316]. Некоторые авторы [14, с. 194; 311] отмечают значительный дрейф показаний термопар в углеродсодержащей атмосфере и указывают [14, с. 194], что присутствие даже сотых долей процента СО в гелии достаточно для появления такого дрейфа. Непосредственный контакт с графптом вызывает отклонения т.э.д.с. уже нрн температурах выше 900°С [311]. Однако, но данным [301], прн 1700-1900°С изменения т.э.д.с. не превышают значений, обычно наблюдаемых при измерениях в аргоне и водороде в отсутствие графита. Анализ величин нестабильности прн более низких температурах, полученных в работе [301], также свидетельствует об отсутствии катастрофических изменений т.э.д.с. (всего ±20°С), несмотря на то, что при 2100-2400°С четко отмечено образование карбидов. В согласии с этим находятся результаты работ [294, 300, 317; 14, с. 194]. Какие-либо специфические особенности нестабильности т. э. д. с. термопар в восстановительных атмоферах не установлены. Стабильность в инертных средах в вакууме. Многими работами [49, с. 1645-1662; 49, с. 1751 - 1766; 190, 246, 279, 299, 300, 313- 315, 318-324] показано, что нестабильность термопар в аргоне, гелии н азоте достигает 1-3% (редко <1 % нли >3-5 %) Нестабильность увеличивается с ростом температуры и продолжительности нагрева. В подавляющем большинстве работ дрейф показаний отрицателен. Результаты некоторых исследований стабильности представлены на рис. 6.10. Вывод о том, что в атмосфере аргона нестабильность термопар BP меньше, чем в водороде н вакууме, сделанный в работе [314], не нашел подтверждения в других работах, см., например, [49, с. 1751-1766; 313]. Следует согласиться с данными [18] о том, что дрейф более или менее независим от характера окружающей среды. Роль отдельных термоэлектродов в дрейфе т.э.д.с. окончательно не установлена, по одним данным [119, 276], нестабилен главным образом отрицательный электрод, по другим [49, с. 1751-1766; 313], - положительный. Последние данные, по-видимому, более правильны. Убедительными экспериментами [49, с. 1751-1766; 313] показано, что дрейф т. э. д. с. обоих термоэлектродов в инертной атмосфере, а также в водороде прекращается после некоторого начального периода, обусловленного недостаточным отжигом термоэлектродной проволоки «на выход». Дальнейший нагрев в течение 1000 ч изменений т.э.д.с. не вызывает (рис. 6.11). Поэтому термопары типа BP с термоэлектродами, подвергнутыми дополнительной термической обработке н изолированными керамикой (ВеО) высокой чистоты, в атмосфере чистого инертного газа меняют свои показания очень мало (рис. 6.12). Возможность дополнительного отжига положительного электрода при более высоких температурах в том случае, если он представляет собой сплав ВАР, позволяет существенно уменьшить нестабильность термопар ВАР5-ВР20 [318, 325, 326]. Таким образом, приведенные выше значения нестабильности 1- 3 % следует рассматривать как полученные при условии, что по Эти цифры относятся к нестабильности термопар без защиты, в чехлах, термопарным кабелям, термопарам с изоляцией из ВеО, АЬОз, ТЬОг и без изоляции при температурах до 2000 °С и времени эксплуатации до нескольких тысяч часов.  Рис. 6.10. Стабильность т.э.д.с. термопар BP: ; - ВР5/26; Аг, содержащий <2 %о Ог и <5%« н2о; 1330 °С [45, с. 1645-1662); 2 -ВРЗ/25; инертная среда, содержащая 3 %л о2, Ni н НЮ; 1800 °С [49, с. 1935-1949); .3-ВР5/20; Аг марки А, очищенный от влаги и кислорода: 1800 °С [322); 4 - то же, что 3; 2000 °С [322]  ШО t, "С Рис. 6.11. Изменение градуировочных характеристик неизолированных термоэлектродов термопары ВАРЗ/ВР25 после выдержки в аргоне при 2130 °С в течение <1000 ч [313]. Заштрихованные области - значения т.э.д.с, измеренные после выдержек в течение 1,50; 100; 250; 500; 750 и 1000 ч
32,910 "о а? о 350 700 Время, ч Рис. 6,12. Изменение т.э.д.с, неизолированных термоэлектродов термопары ВАРЗ/ВР25 при иагреве в аргоне (1800 °С) до 1050 ч (49, с. 1751-1766]. Термоэлектроды и изолирующая керамика (ВеО) подвергнуты высокотемпературной термической обработке. Дрейф не превышает 3°С меньшей мере одна из мер, направленных на уменьшение дрейфа (например, дополнительный отжиг), ие была предпринята. Впрочем, для многих технически важных случаев дрейф термопар BP величиной 1-3 % вполне приемлем. Стабильность термопар BP 10/20 лучше, чем термопар ВР5/20 [279, 300, 314, 323]. При более высоких температурах разница в по- Рис. 6.13. Изменение градуировочиой характеристики термопары ВАРЗ/БР25 при нагреве в вакууме < 1,3-10 " Па в течение 500 (Л и 250 ч (2) при 2130 °С. Построено по данным 1313] Ш BOO 1200 16001, "с  Ч-2400 ведении термопар обоих типов становится больше. По данным [324], термопары ВР10/20 могут использоваться в большинстве технических измерений до 2000°С без дополнительной термической обработки термоэлектродов. При температурах выше 1930 °С в высоком вакууме наблюдаются непрерывные уменьшения т.э.д.с. термопар (рис. 6,13). Величина такого дрейфа в большой степени зависит от температуры и времени эксплуатации термопары и от глубины вакуума. Так, например, дрейф после 50-ч иагрева при 2330 °С достигает той же величины, что и после 500-Ч иагрева при 2130 °С (см. рис. 6.13), а после иагрева при 1930 °С (500 ч) он очень мал. Уменьшение т. э. д, с. термопар связано с увеличением т. э. д. с. более легированного электрода и обусловлено преимущественным испарением рения Прн нагреве при 2480 °С в течение 80 мин в вакууме содержание рения в сплаве ВР26 уменьшается иа 0,1 °/о [312]. Если парциальное давление кислорода превосходит 10- Па, то эффект от испарения может маскироваться окислением [49, с. 1735-1746]. В работах [246, 321] был измерен дрейф в вакууме -1,3-10- Па при 2425 и 2600 °С, он ие носил систематического характера и находился в пределах + 2 %. Нестабильность термопар в вакууме при сравнительно низких температурах оценивается следующими цифрами: по данным [49, с. 1645-1662], -1,5% (1330°С, 10* ч, вакуум 2,6-10-" Па), по данным [190], ±0,6% (1450 °С, 10 ч, вакуум 5,2-10- Па), по данным [300], 2 % (1500 °С, 600 ч, вакуум 0,13-0,013 Па). Значения нестабильиости термопар ВР5/20 в вакууме и ней-* тральных атмосферах для эксплуатации до 10000 ч, приведенные в табл. 6.12, по данным [85] и ГОСТ 6616-74, представляются в некоторых случаях (особенно при низких температурах) несколько заиышеннымп. Стабильность при измерении температуры жидких металлов. По даины.м [10], прн измерении температуры жидкой стали отклонение ноказайИ!! после 40 измерений при 1600-1900 °С ие превосходит ±4°С. Данные [328] подтверждают это и свидетельствуют о том, что увеличение длительности погру?кения термопар в расплав до 30 мин ие сказывается на показаниях. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||