|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы co о = C3 - 3»1 :c3z :0= : cur О CO U3 = <u S CO x & к E s Si & CO c: "4 IT) 3 ЛОВ н сплавов. К настоящему времени опубликовано большое число работ, в которых т. э. д. с, например щелочных или поливалентных металлов, рассчитывается «из первых принципов» с использованием расчетных или экспериментальных электронных и фоноиных Рис. 2.13. Абсолютная т. э. д. с. сплавов Pd-Сг прн низких температурах [63]: / - Pd; 5 - Pd-l-0,1 %(ат.)Сг; 3 - Pd-1-0,5 %(ат.)Сг; 4-Pd-1-l 7о(ат.)Сг; 5 - Pd-H4 %(ат.)Сг  .О 100 150 Т,П спектров, метода псевдопотенциала, методов квантовой теории поля (для сплавов Кондо и переходных металлов) и т. п. Подробное рассмотрение вопросов феноменологической н микроскопической теории термоэлектрических явлений в металлах и сплавах можно найти в ряде обзоров и монографий [30-37, 53]. Экспериментальные данные об абсолютной дифференциальной т.э.д.с. металлов и сплавов приведены в работах [16, 26-28, 32, 36, 42-43, 49]. Сводки значений интегральной т.э.д.с. металлов и сплавов имеются в работах [16-19, 43-45]. СПЛАВЫ ДЛЯ ТЕРМОПАР 3.1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТЕРМОЭЛЕКТРОДНЬШ СПЛАВАМ Все важнейшие характеристики термоэлектрического термометра: величина сигнала, чувствительность, диапазон измеряемых температур, ресурс, стабильность и др., зависят в основном от свойств материалов, образующих чувствительный элемент термометра - термопару. Для изготовления термопары притщипиально возможно пользоваться парой любых разных металлов и сплавоводнако целесообразно использовать только оиредслснные, так называемые термоэлектродные сплавы, которые получили распространение в измерительной технике. Одной из главных причин того, что для термопар используются вполне определенные сплавы является многообразие п сложность предъявляемых к ним следующих требований. Возможно также использование полуметаллов и полупроводников. 1. т.э.д.с. термоэлектродиых сплавов, образующих термопару, должка быть достаточно большой для того, чтобы ее можно было измерить с необходимой точностью. Она должна быть непрерывной и однозначной функцией температуры, без экстремумов в интервале температур, для которого предназначена термопара. Желательно, чтобы эта функция была максимально близка к линейной. У термопар, для которых не требуются поправки на температуру свободных концов, необходимо, чтобы величина т.э.д.с. в определенном интервале температур была ничтожно малой. 2. Температура плавления термоэлектродных сплавов должна быть выше максимальной температуры, при которой термопара должна работать. Необходимо, чтобы температура плавления сплава превышала максимальную температуру эксплуатации не менее чем на 50-150 °С. Это превышение может быть и большим, если при высоких температурах прочность термоэлектродных сплавов резко падает и (или) они активно взаимодействуют с окружающей средой и пр. 3. Термоэлектродные сплавы должны быть коррозионно устойчивыми в тех средах и при тех температурах, прн которых должна работать термопара. В большинстве случаев речь идет о стойкости на воздухе, а когда речь идет о других средах, то часто оказывается необходимым, чтобы наряду с коррозионной стойкостью в этих средах была обеспечена также стойкость на воздухе. Этому требованию термоэлектродные сплавы далеко не всегда удовлетворяют, поэтому термоэлектроды термопар стремятся защитить от воздействия внешней среды. 4. Термоэлектродные сплавы должны отличаться воспроизводимыми и однородными свойствами при производстве их в необходимых масштабах. В современном приборостроении легче использовать термоэлектродные сплавы с малой, но воспроизводимой т. э. д. с, чем сплавы с большой и плохо воспроизводимой т.э.д.с. Погрешность воспроизводимости т. э. д. с. (допуск на т. э. д. с.) термоэлектродных сплавов, образующих термопару, равную ±1 %, можно считать приемлемой для некоторых видов промышленных термопар, хотя желательно, чтобы она была меньше. 5. Сплавы для термопар в процессе эксплуатации и градуировки должны сохранять свою термоэлектрическую характеристику неизменной. Величина нестабильности т. э. д. с. термопар служит критерием отказа при оценке их надежности. Желательно, чтобы нестабильность т. э. д. с. промышленных высокотемпературных термопар не превышала 1 % от измеряемой величины после эксплуатации в течение 1000 ч. Во многих случаях и эта цифра представляется чрезмерно большой. 6. Сплавы для термопар должны быть достаточно пластичными, чтобы нз них было возможно изготавливать проволоку (в некоторых случаях и другие виды полуфабрикатов), и вместе с тем достаточно прочными. Последнее требование особещю важно для термопар, подвергающихся механическим нагрузкам, особенно знакопеременным. 3.2. СПЛАВЫ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРМОПАР Количество сплавов и их комбинаций, когда либо исследованных и использованных для создания термопар, включая сплавы для удлиняющих проводов, превышает 300. Довольно полная сводка таких сплавов (но отнюдь не исчерпывающая) имеется в [14]. В настоящее время в нромышлснностн и научных исследованиях применяется значительно меньшее число термоэлектродных сплавов. Перечень наиболее распространенных термопар для измерения высоких температур приведен в табл. 3.1, низких температур - в табл. 3.2. Все термоэлектродные сплавы можно разделить на три группы (см. табл, 3.1). Сплавы первой группы, небольшой по числу (см. термонары N 1-4, 16, 17, 21, 23, 25), производятся в больших количествах и широко используются во всех отраслях народного хозяйства. Составы сплавов, сортамент и свойства термоэлсктродпой проволоки, а. также свойства соответствующих термопар стандартизированы, С помощью этих основных стандартных термопар производится подавляющее большинство измерений температуры. Сплавы второй группы (их несколько десятков) также используются для изготовления промышленных термопар (термопары № 5-15, 18-20, 22, 24), область применепия которых гораздо уже и связана с необходимостью измерений температуры, которые невозможно, затруднительно или неэффективно проводить с помощью стандартных термопар. Обычно это сплавы для термопар, работающих в определенных днапазо77ах температур, при определенных внешних условиях, или для термопар с заданной чувствительностью в определенной области температур. К этой группе относятся, например, термопары из иридия и его сплавов, с помощью которых можно измерять температуру до 2200 °С в окислительных средах; термопары НК-СА и НЖ-СК без поправки на температуру свободных концов; высокочувствительные термопары из палладийсодержащих сплавов для измерений температур 1000-1400°С, а также термопары ВМ и ЦНИИЧМ-1 для измерения температур расплавов сталей и сплавов, используемых в основном в связи с их относительно низкой стоимостью. Сплавы третьей группы серийно не производят из-за очень ограниченной сферы применения термопар, их недостаточной изученности, а также из-за серьезных затруднений, связанных с получением однородных и воспроизводимых по т. э. д. с. термоэлектродных материалов требуемого сортамента и механических свойств. К этой группе относятся термопары Au-Pt и Ag-Pd для точных измерений при температурах :600°С, термопары для измерений в условиях облучения, например Мо-Nb, или термопары с электродами из сплавов Pt-Мо, термопары нз сплавов Мо-Re с повышенной устойчивостью а углеродсодержащих средах по сравнению с термопарами из сплавов W-Re и мнопге другие. К Этой же группе следует отнести термопары с электродами из различных модификаций углерода, графита, карбидов, боридов и сил1щидов тугоплавких металлов [2, 4, 10, 11, 15, 16, 18, 22]. Термопары, широко используемые в промышленности и при проведении научных исследований, удобно классифицировать в соответствии с химическим составом используемых термоэлектродных материалов. Для высокотемпературных термопар такая класснфика-ция одновременно соответствует примерному распределению термопар по максимальной температуре эксплуатации. В соответствии с такой классификацией термопары расположены в табл. 3.1 и 3.2 и подробно описаны в гл, 4-7. Многие наиболее распространенные термопары и соответствующие термоэлектродные сплавы (медь - константан, железо - константан, платииородий (10% Rh)-платина, хромель - алюмель, 3-330
2 3 4 5 6 10 11 12 13 14 15 18 19 20 21 22 23 24 25 Медь - копель; медь - константан Железо - константан Хромель копель; хромель - константан Хромель - алюмель Сильх - силин, тофель-2 - ниаль-2 Жеминоль, ЦНИИЧМ-2 Ннкросил - нисил 20-19 НК -СА Феникс (НИС-16) НЖ-СК ППЗ -ЗП (платннель) ПНР - ПЗП Палланлат, налладор и др. ПР О/О; ПР13/0 ПРЗО/6; ПР20/5 ПР40/20 ИР40/0; ИР50/0; ИР60/0 ИР50 -ИРуЮ ВМ ЦНИИЧМ-1 ВР5/20; ВАР5/20 BP 10/20 ВАРЗ-ВР25; ВАР5-ВР26 Си Fe Ni-b9,5 Cr №-Ь9,5 Сг Ni-f9,5 Cr-fSi-f + (Nb) Ni--20Cr4-l Si+ + \ Nb Ni+l4,2Cr-f l,4Si Ni-fl8Mo Ni+17Co-f2Al+ --2MnH-lSi Fe+27 Cr-f5,5Al Pd-f31 Pt-fl4Au Pt-f 38 Pd-f 5 Rh Pt+15 Ir Pt+(5-10) Rh или Ir Pt+lORh; Pt+13 Rh Pt-t-30 Rh; Pt-l-20 Rh Pt-f40 Rh lr-f40 Rh; lr+50 Rh; Ir-f 60 Rh Ir-f50 Rh W+5 Re W-f 10 Re W+3 Re; W-f 5 Re Cu+(40-45) Ni+ +Mn+ (Fe) Cu-f (40-45) Ni-f +Mn+(Fe) Cu-f(40-45) Ni+ +Mn-f(Fe) Ni-fl Si-f2Al+ -f2,5 Mn Ni-f2,5 Si Ni-f(2,5-3) Si-f -f(l,5 AI) Ni-f4,4 Si-fO,l Mgl Ni-f 1 Co Ni-f3,5 Al-f + 1,5 Aln+l Si Ni-f3 Si-f 1,5 AI Au-f 35 Pd Rd+37 Au-f8 Pt Pd Au-f (30-45) Pd Pt Pt+6Rh; Pt+5 Rh Pt+20 Rh Ir Ir-f 10 Ru Mo+0,5 AI W+20 Re W+20 Re W+25 Re; W-f26 Re Примечание: О термопарах № 6-8, 10-11. 14-15 см. [10, II. Ht; t,";,?.™"™"" рабочая атмосфера; + -эксплуатация в данной О максимальных температурах применения см. 3.4.
Максимальная рабочая температура** ЧустБнтельносгь t, "С dEldt. мкВ/°С ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ Н2+ + H,-f Н2+ H,-f-f Н2++ Н2++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + 1200 1200 1200 1200 1000 1200 600 1300 1400 1200 1200 1400 1600 1700 2300 2300 2300 1100 1100 1300 1300 1300 1300 1300 1200 1300 900 1350 1450 1400 1300 1600 1800 1850 2200 2200 2400 2400 3000 3000 3000 0-400 0-1100 0-1100 0-1300 200-1300 500-1300 0-1300 600-1200 500-1000 400-1300 400-900 600-1300 600-1400 1000-1400 800-1200 600-1600 1000-1800 1000-1800 1000-2100 1000-2100 14П0-2400 1400-2400 1300-2500 1300-2500 1300-2500 40-60 50-64 64-88 58-81 35-42 35-42 32-40 26-36 59 20 20-30 40-60 45-33 41-47 40-47 51-63 10-14 8-12 3-4,5 5,5-6,5 9-18 6,5-8 10 14-7 9-5 18-8 в дальнейшем (гл, 4-7) они не обсуждаются, атмосфере возможна;--нерекомендуемая атмосфера. 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||