|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 2 3 4 5 6 ... 18 Аппроксимирующий полином. Зависимость т.э.д.с. (Е, мкВ) термопары МКн по СТ СЭВ 1059-78 и стандарту МЭК 584-1.1977 от температуры t в диапазоне О-400 °С выражается полиномом: где 6о = 0; 6, = 3,8740773840-10 ; 62 = 3,3190198092-10-2; 6з = =2,0714183645-10-*; 64=-2,1945834823-10- ; 65= 1,1031900550Х XiO-S; 6б=-3,0927581898-10-4; 67 = 4,5653337165-Ю-*; 6.= =-2,7616878040-10- . Допускаемые отклонения т. э. д. с. Допускаемые отклонения т.э.д.с. термопары МКн по СТ СЭВ 1059-78 от значений, указанных в градуировочиой таблице (Ai?, мВ), следует определять по формуле АЕ= ± ME lit, где t- температура рабочего спая. Значения допускаемых отклонений т. э. д. с. Ai? в милливольтах и в температурном эквиваленте (°С) в стоградусных точках должны быть следующими: С . АЕ, мВ М, С . О F 100 ±0,116 0,140 +3 3 200 0,159 3 300 0,174 3 400 0,185 3 Т. э. д. с. и чувствительность в постоянных точках МПТШ-68 (табл. 4.4). Точность термопары. По данным [И], максимально достижимая точность термопар МКн 0,1 °С. Согласно работе [18] специальной градуировкой можно достичь точности 0,01 °С в диапазоне до * При пользовании указанным полиномом погрешность не превышает 0,1 мкВ. Зависимость т.э.д.с. термопары может быть аппроксимирована с достаточной для большинства практических работ точностью полиномами 4, 3 и 2 степени, см. [23]. ТАБЛИЦА 4.4
Рекомендуемые рабочие атмосферы и диапазон рабочих температур. Срок службы (технический ресурс) Термопары МКн применяются главным образом для измерения температуры в окислительной среде (на воздухе). При температурах выше 400 °С медь быстро окисляется, поэтому большинство авторов считают верхним температурным пределом применения термопар МКн 400 °С [11, 12, 18, 23]. Однако окисление меди влияет слабо на ее термоэлектрические свойства и поэтому термопару можно эксплуатировать при более высоких температурах [1]. Максимальная температура кратковременного использования термопары -600 °С [29]. Срок службы и предельные рабочие температуры термопар МКн зависят от поперечного сечения термоэлектродов. Согласно данным [И] для термопар в чехлах предельные температуры не должны превышать: 370 °С для термоэлектродов диаметром 1,6 мм, 260 °С для термоэлектродов диаметром 0,8 мм и 140 °С для термоэлектродов диаметром 0,3-0,5 мм. В инертных атмосферах и в вакууме можно эксплуатировать термопары при более высоких температурах (до 700 °С). В вакууме 1,3-10- Па при 800°С медь начинает распыляться, что ограничивает возможность использования термопар. Кратковременная эксплуатация термопар МКн на воздухе возможна и при температурах >600°С, однако это не вызывается необходимостью и обычно термопарами МКн такие температуры не измеряютПрименять термопары МКн для измерения температуры в водороде не рекомендуется, так как кислородсодержащая медь подвержена так называемой водородной болезни и становится хрупкой. Термоэлектрическая стабильность Стабильность в окислительных средах . Экспериментальные данные по стабильности т. э. д. с. практически отсутствуют. По данным [18], у термопар МКн отличная стабильность до 200 °С и плохая выше 300 °С. С последней оценкой вряд ли можно согласиться, так как, судя по данным [45, с. 330-357], нестабильность константаиа до 550 °С и выдержках до 1000 ч не превышает 20 мкВ, а нестабильность медного термоэлектрода очень мала. В работе [70] авторы не обнаружили заметного дрейфа после 30 ч нагрева на воздухе при 500 °С термопар с электродами 2- 0,6 мм. Имеются указания [19] о превосходных эксплуатационных свойствах термопар МКн, которыми измеряли температуру 300- 550 °С в течение 5000 ч. Влияние деформации на т. э. д. с. Пластическая деформация увеличивает т. э. д. с. меди и константаиа, причем изменения т. э. д. с. меди не превышают нескольких микровольт и изменения т. э. д. с. термопары обусловлены в основном Стандарт СТ СЭВ 1059-78 температурный предел кратковременной эксплуатации не устанавливает.
отклонениями т. э. д. с. коистантанового электрода, которые примерно на порядок больше [48, с. 237-264; 76]. О влиянии деформации на т.э.д.с. константана см. 4.1.2 и 4.1.3. Физические и механические свойства термоэлектродных сплавов Механические и теплофизические свойства копеля и константана близки друг к другу (табл. 4.5 и 4.6). Электрические свойства различаются: удельное электросопротивление копеля ниже (~47 ОмХ Хм-10- ), температурный коэффициент электросопротивления копеля принимает отрицательные значения в более широком интервале температур по сравнению с константаном и т. д. 4.1.2. ТЕРМОПАРА ЖЕЛЕЗО-КОНСТАНТАН ЖКн ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1100°С Основные свойства и назначение Термопара ЖКн - одна из промышленных термопар, получившая широкое распространение благодаря возможности измерять температуру в окислительных, восстановительных и нейтральных атмосферах, высокой чувствительности (50-65 мкВ/°С), а также сравнительно низкой стоимости. Максимальная температура при длитель-
Примечание: Буквой М - обозначена медь; Ж - железо; К - константан (копель). НОМ применении 750 °С, кратковременном 1100°С*. При 750 °С развивает т. э. д. с, равную ~42 мВ. Недостатки термонары: плохая коррозионная стойкость железного электрода, высокая чувствительность к деформации. Термопара стандартизирована во многих зарубежных странах. Под наименованием термопара типа Н вошла в стандарт СТ СЭВ 1059-78 и стандарт МЭК 584-1.1977. Одно время в нашей стране термопара железо - копель (ЖК) была также стандартизирована, однако в промышленных масштабах не изготавливалась и в настоящее время в стандарт не включена. Ниже приводятся сведения о свойствах термопары ЖКи по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977. Материал термоэлектродов (термоэлектродные сплавы) Положительный электрод - технически чистое железо (малоуглеродистая сталь), содержащее ~99,5 7oFe, 0,02-0,10 /о примесей углерода, до ~0,4 % Мп, до ~0,15 % Си, до 0,08 % Р, ДО 0,03 % .S, * Термопарой можно измерять низкие температуры, см. гл. 7. 4-330 49 ТАБЛИЦА 4.7 ТАБЛИЦА 4.8
а также кремния, никеля и хрома. Специально для термометрии железо не изготавливают, а используют железную проволоку, предназначенную для других целей. Отрицательный электрод - константан - медноникелевый сплав, содержащий 55-61 /о Си, 45-39 % Ni и небольшие добавки марганца и железа. Т. э, д. с. термопары и электродов Интегральная т. э. д. с. термопары ЖКн и ее термоэлектродов относительно платины по СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977 (табл. 4.7). Дифференциальная т.э.д.с. термопары ЖКн (табл. 4.8). Влияние химического состава на т. э. д. с. сплавов. По данным [71], колебания значений т.э.д.с. железа, содержащего 0,03- 0,38 % Мп и 0,02-0,15 % Си, составляют 2 °/о. Оптимальное содержание в железе марганца и меди составляет соответственно 0,25 и 0,12 /о. т.э.д.с. железа при 500 °С уменьшается при введении в него >0,1 % Ni, Si, Sn, Р и Си и увеличивается при добавлении >0,1 % Сг, Мп и S *. О влиянии химического состава на т.э.д.с. константаиа см. 4.1. Градуировочная таблица и точность термопары Градуировочная таблица термопары ЖКн по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977 (табл. 4.9). Апроксимирующий полином. Зависимость т. э. д. с. (£, мкВ) от температуры t термопары ЖКн может быть аппорксимирована по- * Finch D. Е. и. S. Patent 2325729 (Cl. 75-179), 1943.
Примечания: 1. Температура свободных концов О С. 2. Значения т. э. д. с. термопары ЖКп при низких температурах см, в табл. 7.6. 3. При температурах выше 760 °С таблицей следует пользоваться как ориентировочной. 4. Температура - в градусах МПТШ-68.
липомами вида; 1=0 где 6, - коэффициенты, которые имеют следующие значения Для интервала О-760°С: &о = 0; &, = 5,0372753027-10; = = 3,0425491284.10-2; йз = -8,5669750464-lO-s; 64= 1,3348825735Х Х10-; 65 = -1,7022405966-10-1 ; 6б= 1,9416091001 Ю-з; 6,= = -9,6391844859-10- . Для интервала 760-1200 °С: 6о = 2,9721751778 10; 6,= -1,5059632873-10 .62 = 3,20510642 1 5-10 ; Ьз = -3,2210174230х ХЮ-з; 6i= 1,5949968788-10- ; 65=-3,1239801752-10- . Т.э.д.с. и чувствительность в постоянных точках (табл. 4.10). Допускаемые отклонения т. э. д. с. Допускаемые отклонения т.э.д.с. термопары ЖКн по СТ СЭВ 1059-78 от значений, указанных в градуировочной таблице (АЕ, мВ), должны определяться по формулам: для интервала О-400 °С AE=-±2,dEldt; для интервала свыше 400-900 °С АЕ=±. [3+7,5.10-2( - 400)] Значения допускаемых отклонений т. э. д. с, мВ, и в температур-но.м эквиваленте (°С) в стоградусных точках должны быть следующими: 52. . , °С . . . . О 100 200 300 400 АЕ, ±мВ . . . 0,151 0,163 0,166 0,166 0,165 At, ±°С ... 3 3 3 3 3 Продолжение t,°C .... 500 600 700 800 900 АЕ, ±мВ . . 0,199 0,251 0,327 0,388 0,421 At, ±°С . . . 3,75 4,50 5,25 6,00 6,75 Точность термопары. Согласно данным [18]: 0,1-0,5 °С при температурах ниже 300°С и 1-3 С выше 300°С. По данным [11], в диапазоне О-750 °С погрешность tcpmonaibi достигает 1 °С. Рекомендуемые рабочие атмосферы и диапазон рабочих температур. Срок службы (технический ресурс) Термопара устойчиво работает в окислительной и восстановительной атмосферах. При температурах ~769 и 910 °С железо претерпевает магнитное и а*ьу-превращения, которые (особенно последнее) влияют на термоэлектрические свойства. Поэтому термопара, находившаяся при температурах выше 760 °С, даже в течение короткого промежутка времени не пригодна для дальнейших точных измерений при температурах ниже 760 °С и ее показания могут не соответствовать градуировочной таблице. Срок службы тер.мопары зависит от поперечного сечения термоэлектродов. Для работы в течение длительного времени при 500 °С следует употреблять электроды больших сечений. Для измерения температур >760°С рекомендуется пользоваться термоэлектродами диаметро.м 3-4 мм (первый отсчет температуры следует делать после выдержки 10-20 мин). По данным [И], рекомендуются следующие значения верхнего температурного предела для длительной работы термопар ЖКн в чехлах в зависимости от диаметра электродов (мм): 760°С (3,2), 590 °С (1,6), 480 °С (0,8), 370 С (0,3-0,5). Срок службы при 750 °С составляет около 1000 ч, при 900 °С - 200-250 ч, а при 1000 и 1100 °С -всего 20-10 ч (для электродов диаметром 3-4 мм). Согласно СТ СЭВ 1059-78 максимальная температура длительного режима работы 700 °С, кратковременного 900 °С. При температурах >500°С эксплуатация термопары в атмосфере, содержащей серу, возможна только при наличии надежной (газонлотной) защиты. В связи с тем что начиная с ~500°С скорость окисления железа высока, некоторые исследователи считают целесообразным при более высоких температурах эксплуатировать термопару ЖКн только в средах с недостатком свободного кислорода, например [46, с. 1264]. По данным [72], для окислительной атмосферы рекомендуются предельные температуры 550-700 °С (электроды диаметром 1 5 и 3,2 мм), а для слабоокислительной (<0,5 % о2) соответственно 650-870 °С. В работе [73] приводятся более высокие значения температур: 815 и 950 °С. Термоэлектрическая стабильность Стабильность в окислительных средах. Стабильность термопар ЖКн изучена очень мало. В табл. 4.11 суммированы имеющиеся
-200 -400
I 400
 Рис. 4.4. Изменение градуировочиой характеристики термопары железо - константан и ее термоэлектродов в результате нагрева на воздухе при 870 °С (диаметр электродов 3,2 мм) [45. с. 330-357]. Исходная градуировка - ось абсцисс. Цифры у кривых - время, ч данные об изменении показаний термопар ЖКн при нагреве на воздухе [19, 45, с. 330-357]. На рис. 4.4 представлены типичные изменения термоэлектрических характеристик термопар и отдельных термоэлектродов при изотермическом нагреве. Влияние изменения глубины погружения термоэлектродов на стабильность изучено в работе [45, с. 330-357]. Стабильность в восстановительных средах. Имеется единственное указание [74] об изменении показаний термопары ЖКн в атмосфере сухого экзогаза при И00°С (40 ч) на 55 °С, которое нуждается в подтверждении. Влияние деформации и термической обработки на т. э. д. с. Деформация уменьшает т. э. д. с. железа, но увеличивает т. э. д. с. коистантана (так же как и т.э.д.с. копеля, см. 4.1.3). Изменения т.э.д.с. константаиа примерно в два раза больше, чем изменения т.э.д.с. железа. Сильное влияние оказывает начальная деформация (10-15 %), дальнейшая изменяет т.э.д.с. мало [75, 48, с. 237-264]. Отдых деформированного железа и коистантана при комнатной температуре протекает медленно и при 300-400 °С заканчивается. Физические и механические свойства термоэлектродных сплавов См. табл. 4.5 и 4.6. 4.1.3. ТЕРМОПАРА ХРОМЕЛЬ-КОПЕЛЬ ХК (ХРОМЕЛЬ-КОНСТАНТАН ХКн) ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1100°С Основные свойства и назначение Предназначены для измерения температуры в окислительных и инертных средах до 800 °С длительно и до И00°С кратковременно. В связи с наличием термопары хромель-алюмель (см. 4.2.1) используются главным образом для длительных измерений до 600 °С*. Обладают наивысшей чувствительностью из всех промышленных термопар (81 мкВ/°С при температурах выше 200 °С)** и близкой к линейной градуировочиой характеристикой. Термопарам свойственна исключительно высокая термоэлектрическая стабильность при температурах до 600 °С. Недостаток термопар- высокая чувствительность к деформации. Широко распространены в различных областях промышленности и при проведении научных исследований; часто используются для измерения малых разностей температур. Градуировочная таблица термопар нормирована ГОСТ 3044-77 и СТ СЭВ 1059-78. * Термопары предназначены также для измерения низких температур, см. гл. 7. ** Термопара ХКн отличается несколько меньшей чувствительностью по сравнению с термопарой ХК. Проволока из хромеля и коиеля поставляется по ГОСТ 1790-77 и ряду технических условий. Градуировочная характеристика термопары ХКн (термопара типа Е) включена в стандарты СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977. Свойства термопар и термоэлектродной проволоки для них нормированы национальными стандартами. Ниже приведены сведения о свойствах термопары хромель-копель по ГОСТ 3044-77 и СТ СЭВ 1059-78 и термопары хромель- константан по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977. Материал термоэлектродов (термоэлектродные сплавы) Общая характеристика. Положительный электрод: хромель - сплав никеля с ~9,5 7о Сг, развивающий наибольшую т.э.д.с. в системе Ni-Сг и обладающий высокой жаростойкостью в окислительных средах. В состав сплава входят также различные добавки, улучшающие его технологичность (С, Мп, Mg, Si и др.), повышающие его жаростойкость (Si, Nb, Са и др.) и помогающие регулировать т. э. д. с. (Си, Ре). Отрицательный электрод: сплав копель (константан), стойкий против окисления при температурах до ~600°С, развивающий максимальную т. э. д. с. в системе Си-Ni. Марки отечественных сплавов и и.к состав. Ниже приведен химический состав сплавов хромель (в числителе) и копель .(в зиа-менатслс) по ГОСТ 492-73 Марка сплава НХ9,5 МН.Мц43-0,5 42,5-44,0 Основные компоненты, % Сг Со Си Мп 9,00-10,00 0,60-1,20 - - Ост. 0,1 - 1,0 НХ9,5 Примеси, %. не более Si Mg Fe Си Мп С Al 2 0,40 0,05 0,30 0,25 0,30 0,20 0,15 1,40 МНМц43-0,5 0,10 0,05 0,15 - 0,10 - 0,60 Содержание РЬ, Bi, Sb, As и Р в обоих сплавах ограничено 0,002 %, содержание S 0,01 %. Т. э. д. с. термопары и термоэлектродов Интегральная т. э. д. с. тер.чопар ХК, ХКн и их термоэлектродов относительно платины (табл. 4.12). Дифференциальная т. э. д. с. термопар ХК, ХКн и их термоэлектродов относительно платины (табл. 4.13). Влияние химического состава на т. э. д. с. термоэлектродных сплавов. О влиянии состава на т.э.д.с. хромеля см. 4.2.1. О влиянии состава на т. э. д. с. копеля см. 4.1.
Примечания: 1. Температура свободных концов О °С. 2. Хромель положителен относительно платины, копель и константан - отрицательны. Градуировочная таблица и точность термопары Градуировочная таблица термопары ХК по ГОСТ 3044-77 (табл. 4.14). Градуировочная таблица термопары ХКн по стандартам СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977 (табл. 4.15). Аппроксимирующий по.шном. Зависимость т.э.д.с. (£, мкВ) от температуры (/) термопары ХКн по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977 в области температур от О до 1000°С может быть аппроксимирована полиномом вида: ТА БЛИЦА 4.13 Дифференциальная т. э. д. е., мкВ/°С
таблица 4.15 Продолжение табл. 4.14
Примечания; 1. Температура свободных концов О °С. 2. Значения т. э, д. с. при низких температурах см. в табл. 7.7. 3. Температура - в градусах МПТШ-68. где &о=0; ,6, = 5,8695857799-10 ; 62 = 4,3110945462-10-2; 63 = = 5 7220358202-10- 64=-5,4020668085-10-; 65= 1,54259221 ПХ Х10- ; 6б=-2,4850089136-10-; 6, = 2,3389721459-10- ; 63 = = - 1,1946296815-10-8; 69 = 2,5561127497- IO-22, Допускаемые отклонения т. э. д. с. По ГОСТ 3044-77 допускаемые отклонения т. э. д. с. термопары ХК от значений, указанных в градуировочиой таблице [АЕ, мВ), в диапазоне 300-800 °С определяются формулой
Т.э.д.с, мВ
\ Д£= ±[0,20+6,0-10-(-300)], где t - температура рабочего спая, 58 Примечания: 1. Температура свободных концов О °С. 2. Значения т. э. д. с. термопары ХКн при низких температурах см. табл. 7.8. 3. Температура - в градусах МПТШ-68. При /<300°С допускаемые отклонения не должны превышать ±0,20 мВ. Допускаемые отклонения т. э. д. с. термопары ХК по СТ СЭВ 1059-78 от значений АЕ, мВ, указанных в градуировочиой таблице, должны определяться по формулам: в диапазоне от О до 300 С л£= ± 2,Ъ dEldt; в диапазоне свыше 300 до 800 °С Д£ = ± [2,5 + 6,0-10-(/-300)1 Ниже приведены значения допускаемых отклоиеинй Д£, мВ, и At в температурном эквиваленте (°С) в стоградусных точках по СТ СЭВ 1059-78 и ГОСТ 3044-77*. t, °С АЕ, ±мВ ±°С . АЕ, ±мВ Д^, ±°С . О 0,160 0,18 2,5 2,5 0,20 0,20 3,1 2,8 200 300 400 500 600 700 800 По СТ СЭВ 1059-78 0,202 0,210 0,270 0,326 0,378 0,421 0,473 2,5 2,5 3,1 3,7 4,3 4,9 5,5 ПО гост 3014-77 0,20 0,20 0,26 0,32 0,38 0,44 0,50 2,5 2,3* 3,0 3,7 4,3 5,1 5,8 Возможно серийное изготовление термоэлсктродной проволоки и термопар со значительно более узкими допусками. Допускаемые отклонения т. э. д. с. термопары ХКн по СТ СЭВ 1059-78 от значений, указанных в градуировочной таблице {АЕ, мВ), должны определяться по формулам; в диапазоне от О до 400 °С АЕ= ±idE/dt; в диапазоне свыше 400 до 900 °С Д£ = ± [4 + 7,5- 10-2 (/ - 400)1 .dE di Значения допускаемых отклонений т. э. д. с, мВ, и в темиера-туриом эквиваленте (°С) в стоградусных точках должны быть следующими; t, °С . О 100 200 300 400 500 600 700 800 АЕ ±мВ 0,235 0,270 0,296 0,312 0,320 0,384 0,434 0,498 0,549 д^, .4 4 4 4 4 4,75 5,50 6,25 7,00 Точность термопары. Согласно работе [18) погрешность термопары ХКн при температурах ниже 300 °С составляет < 1 °С, а в диапазоне 300-1000 °С, по-видимому, 1-3 °С. По данным [11], при температурах О-850 °С погрешность ие превышает 0,5 °С, а в области О-400°С можно достичь точности в 0,1-0,2 °С (эти цифры следует считать предельной точностью). Если термопара програ-дуирована сличением с образцовой термопарой ПРЮ/О 3-го разряда или с образцовым ртутным термометром 3-го разряда, то согласно ГОСТ 8.083-73 погрешность превзойдет 4 °С. Достижимая точность при индивидуальной градуировке термопар ХК анализируется в работе [77], * Значения допускаемых отклоисний т. э. д. с. по ГОСТ 3044-77 подлежат пересмотру и приведению их в соответствие со стандартом СТ СЭВ 1059-78, Рекомендуемые рабочие атмосферы и диапазон рабочих температур. Срок службы (технический ресурс) Основное назначение термопар ХК и ХКн - измерение температуры в окислительных средах и инертных атмосферах. В вакууме при высоких температурах термопары можно использовать непродолжительное время из-за возможного селективного исиарения хрома из положительного электрода. В атмосфере, содержащей серу, в восстановительной, переменной окислительно-восстановительной, а также в слабоокислительиой атмосфере, вызывающей у хромеля коррозию тина зеленой гнили , термопарой можно пользоваться только при наличии хорошей (газоплотной) защиты. В работе [81] иоказано, что в ирисутствии хлора или фтора термопарой можно пользоваться только до 200 °С. Срок службы в сильной степени зависит от иоперечиого сечения термоэлектродов и ограничивается стойкостью отрицательного электрода. При 800°С термопары с электродами диаметром 3,2 мм служат в течение ~ 1000 ч, с электродами диаметром 1,2-1,5 мм- в течение 200-400 ч и с электродами диаметром 0,5 .мм - менее 100 ч. При более высоких температурах срок службы существенно меньше: при 900 °С равен 150-200 ч, при 1000 °С--20-30 ч и при 1100°С - не более 10-15 ч (цифры указаны для термоэлектродов диаметром 3,2 мм). Технический ресурс термопар, температура эксплуатации которых ие превосходит 600°С, составляет несколько десятков тысяч часов. Согласно работе [11] иредельные температуры длительного применения термопар ХКн в чехлах не должны превышать 870, 650, 540, 430 °С для термоэлектродов диаметром 3,2; 1,6; 0,8; 0,5 и 0,3 мм соответственно. По ГОСТ 3044-77 температуры длительного и кратковременного ирименеиия термопар ограничиваются 600 и 800, а по СТ СЭВ 1059-78 - 700 и 900 °С. Представляется, что эти величины несколько занижены. В окислительной атмосфере при равной температуре эксплуатации срок службы термопар ХК и ХКи больше, чем термопары ЖКи. Термоэлектрическая стабильность Стабильность в окислительных средах. Дрейф показаний термопар ХК и ХКи в спокойном воздухе невелик и обычно не превышает 1-3°С прн 800 °С и 1 °С при 600 °С и ниже. Термопары, подвергнутые нагреву при 600 °С, обычно увеличивают свою т. э. д. с; при более высоких температурах термопары уменьшают т. э. д. с. С увеличением диаметра коиелевого термоэлектрода стабильность его увеличивается, однако на отклонения т. э. д. с. термопары ХК Диаметр термоэлектродов почти не сказывается. Хорошая стабильность термопар ХК и ХКн объясняется тем, что изменения т.э.д.с, хро-мелевого и коиелевого (коистантанового) электродов направлены в одну и ту же сторону и компенсируют друг друга. Сводка данных о стабильности т.э.д.с. термопары ХК при нагреве ее па воздухе дана в табл. 4.16 [45, с. 330-357; 40, с. 66-74], а иа рис. 4.5 и 4.6 показаны типичные графики изменений градуировки термопар ХК и термоэ.чектродов. Приведенные в ГОСТ 1790-77 справочные данные о стабильности термопар ХК даны с большим запасом. Бо-  указано в некоторых официальных источниках, например ГОСТ 6616-14. Влияние деформации на т. э. д. с. Деформация уменьшает т.э.д.с. хромеля, см. 4.2.1. Т.э.д.с. сплава копель под действием деформации возрастает (рис. 4.7) *. Воло- 200 Ш Температура градуировки, °С Рис. 4.5. Изменение градуировочиой .характеристики термопары хромель - копель и ее термоэлектродов в результате Нагрева на воздухе прн 600 °С (диаметр электродов 0,3 мм) 40. с. 66-74]. Исходная градуировка - ось абсцисс. Цифры у кривых - время, ч лее подробно о стабильности т. э. д. с. термопар ХК см. в работах [40, с. 66-74 ; 45, с. 330-357]. Дрейф термоэлектрических термометров ХК промышленного изготовления может несколько превышать приведенные в табл. 4.16 и в ГОСТ 1790-77 цифры, однако, конечно, не настолько, как это
 200 400 600 Температура градуировки, О Рис. 4.6. Изменение градуировочиой характеристики термопары хромель - копель и ее термоэлектродов в результате нагрева на воздухе при 800 °С (диаметр электродов 1,5 мм) (40, с. 66-74]. Исходная градуировка - ось абсцисс. Цифры у кривых - время, ч чение с обжатием до ~ 40 % увеличивает т. э. д. с. копеля примерно на 150-200 мкВ [41, с. 26-32, 83]. О влиянии деформации ра- * Деформация увеличивает т.э.д.с. копеля несколько больше, чем т.э.д.с. константаиа [83].
стяжением на т.э.д.с. копеля см. в работе [84]. Если термоэлектроды термопары ХК деформированы, то это может стать причиной погрешности измерений в несколько градусов при температурах 400°С. При изготовлении термопар ХК следует избегать операции, связанных с сильной пластической деформацией (гибка, сильная правка). Если такие операции неизбежны, а требования, предъявляемые к точности термопары велики, деформированные участки необходимо отжигать.  то 300 500 700 900 Температура градуировки, С Рис. 4.7. Изменение т. э. д. с. копеля после деформации [41, с. 26-32]. Ось абсцисс - исходная градуи))овка. Цифры у кривых - степень деформации, % Удлиняющие провода к термопаре (табл. 4.17) ТАБЛИЦА 4.17
Физические и механические свойства термоэлектродных сплавов Свойства копеля (константана) см. в табл. 4.5 и 4.6, свойства хромеля - в табл. 4.26 и 4.27. 4.2. ТЕРМОПАРЫ ИЗ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1300°С Из всех известных термоэлектродиых материалов сплавы на основе никеля занимают особое место, так как подавляющее большинство рабочих термоэлектрических термометров снабжено термопарами из никелевых сплавов. Широкое распространение таких термопар обусловлено тем, что с их помощью можно надежно и с достаточной точностью измерять температуру в окислительных средах в большом интервале температур (вплоть до 1200-1300 °С), т. е. в условиях, которые наиболее часто встречаются в промышленных технологических процессах и научных исследованиях. Диапазон измеряемых температур. Верхний предел температур, которые можно измерять термопарами из никелевых сплавов ограничен их температурами плавления, которые в большинстве случаев лежат несколько ниже точки плавления никеля (1455°С). Некоторые легирующие элементы (Fe, Со, Сг, А1) изменяют температуру плавления никеля лишь незначительно, другие (Мп, Si, V, Nb, Мо) понижают ее примерно иа 50-100 С и лишь немногие (W) ее повышают Температура солидуса большинства никелевых термоэлектродиых сплавов колеблется в пределах 1390-1450 °С. Предельная температура длительного применения термопар (с электродами толстых сечений) ие превышает 1200°С, кратковременного - 1300 С. Термоэлектродвижущая сила многих твердых растворов никеля колеблется в весьма широких пределах и может достигать большой величины [43, с. 16-35; 39, с. 39-61, 78-80], рис. 4.8. Т. э. д. с. некоторых пар никелевых сплавов достигает 55-65 мВ при 1200°С. Если в качестве одного из электродов пары использовать сплав Си-Ni примерно эквиатомного состава (копель, константан), то образуются пары с т.э.д.с. порядка 75-80 мВ при 800°С, т. е. с почти предельно возможной т.э.д.с. для материалов с металлической проводимостью. Своеобразие температурной зависимости т.э.д.с. твердых растворов Ni-Fe и Ni-Со (рис. 4.9) позволяет использовать железо и кобальт в качестве добавок для корректирования характера зависимости т. э. д. с. сплавов от температуры 2. Сплавы никеля с железом и кобальтом являются основой для создания термопар без поправки иа температуру свободных концов. Некоторые никелевые твердые растворы (Ni-Мп, Ni-Со, Ni-Fe, Ni-Сг) претерпевают превращения. Эти превращения, например упорядочение в сплавах Ni-Сг, сказываются па величине т.э.д.с. и должны быть приняты во внимание ирп точных измерениях температуры термопарами, один электрод которых представляет собо:! Речь идет о легирующих элементах в количествах, обычно встречающихся в термоэлектродиых сплавах. 2 Все другие элементы, будучи введенными в никель, изменяют его т. э. д. с. приблизительно прямо пропорционально температуре. 5-330 65 1 2 3 4 5 6 ... 18 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||