|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы iSSr:; 5 2<= lo to to TO CO CO CD - - CM - - OlOC oo ооо ооо то го сото о о то то то ооо о о I i i i о о то о о то
U ? ± ? ± 3 Я и от о о. I g I о в: о. о S о п. x s о о. x о - сч и а: вольфрам-молибден и др.) были разработаны сШ,е в конце XLX - начале XX века. В конце 30-х годов были предложены термопары из сплавов иридия с родием и термопары с электродами из палладийсодержащих сплавов. В конце 50-х - начале 60-х годов прочно вошли в промышленную практику терд{опары платинородий (30 % Rh) - платинородий (6 % Rh) и термопары из вольфрамрениевых сплавов. В это же время появились разнообразные модификации хромельалюмелевой термопары с повышенной жаростойкостью и ресурсом работы, а также термопары для измерения низких температур с электродами из сплавов золота. За последние десятилетия терл{оэлектродные материалы для промышленных термопар непрерывно совершенствовались. Улучшалась воспроизводимость и однородность т. э. д. с, причем в такой степени, что стало возможным серийное (массовое) производство термоэлектродной проволоки с заданными допуска.ми на т.э.д.с; градуировоч\1ые таблицы термопар уточнялись и приводились в соответствие с существовавшими международными практическими температурными шкалами (МПТШ-27; МПТШ-48 и МПТШ-68*). Термопары из сплавов новых композиций, разработанные за последние 20-30 лет, нашли широкое применение только в тех случаях, когда их градуировочные характеристики совпадали с уже известными (модификации термопары хромель-алюмель, платинель). Если же температурная зависимость т.э.д.с. термопар существенно отличалась от известных, т. е. для них требовалось создание собственного парка вторичных приборов, то область распространения термопар, была значительно уже, несмотря на их несомненные достоинства (термопары жеминоль, ЦНИИЧМ-2, нихросил-ниснл, феникс и др.). 3.3. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ТЕРМОПАР И ТЕРМОЭЛЕКТРОДНЫХ СПЛАВОВ В большинстве промышленно развитых стран свойства распространенных термопар и тср.моэлектродных сплавов (градуировочные таблицы, допуска на т.э.д.с, сортамент н свойства термоэлсктродной проволоки и др.) определены соответствующими нормативными документами: свойства основных и наиболее важных термопар государственными стандартами, свойства остальных, имеющих более узкую область применения, техническими условия.ми (за рубежом нормалями отдельных фирм). Свойства основных термопар и термоэлектродных сплавов, производимых отечественной промышленностью, определены рядом стандартов. В настоящее время термоэлектрические характеристики (градуировочные таблицы) основных термопар приняты едиными во многих странах мира. Рекомендованные Международной электротехнической комиссией -стандарт МЭК 584-1.1977 [57] - градуировочные таблицы распространяются на термонары: медь - константан, железо - константан, хромель - константан, хромель - алюмель, платинородий (10 "/о Rh)-платина, платинородий (13% Rh) - платина и платинородий (30% Rh) - платинородий (6% Rh). В стандарте СЭВ (СТ СЭВ 1059-78) [56] учтены рекомепда- * О международной практической температурной шкале см. Приложение 1.
Термопары для измерения высоких температур Медь - константан Железо - константан Хромель - копель Хромель - константан Хромель - алюмель Хромель - алюмель (различные модификации) НК-СА НЖ-СК Феникс (НИС-16) 20-19 Ннхросил - нисил ППЗ -ЗП (платннель) ППР -ПЗП ПИП, палланлат, налладор и др. ПРЮ/О ПР13/0 ПРЗО/6 ПР20/5 ПР40/20 ИР40/0; ИР50/0; ИР60/0 ИР50 -ИРуЮ ВМ, ЦНИИЧМ-2 ВР5/20; ВАР5 -ВР20 ВАРЗ- ВР25; ВАР5- ВР26 Термопары для измерения низких температур +* (+) +* +* +*
Продолжение
Примечания: 1. Знак -I- означает существование соответствующего нормативного документа; знак {-f) означает, что наряду со стандартом имеются технические условия (нормаль фирмы) на некоторые разновидности термоэлектродных материалов, не охваченных стандартом; знак • указывает на наличие градуировочиой таблицы. 2. Градуировочные характеристики некоторых модификаций термопары хромель - алюмель (например, снльх - снлии тофель-2-ниаль-2) совпадают с характеристикой этой термопары, 3. Термоэлектрические градуировки термопар хромель - копель и хромель - алюмель по ГОСТ 3044-77 в области низких температур распространены до -50 °С. цнн МЭК*, но дополнительно включены градуировочные таблицы термопар медь - копель и хромель - копель, а также вольфрамре-нневой термопары, изготавливаемых в СССР. Ненормированные стандартами МЭК, СЭВ и отечественными стандартами термонары и термоэлектродные сплавы поставляются по техническим условиям (нормалям фирм). Этими же документами регламентируются отдельные разновидности проволоки из стандартных термоэлектродиых сплавов (например, проволоки со специальными допусками и т. э. д. с), табл. 3.3. ТЕРМОПАРЫ ИЗ НЕБЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР В гл, 4-7 описаны наиболее распространенные термопары, свойства которых иормнрозаны стандартами ГОСТ 3044-77, СТ СЭВ 1059-78 и стандартом МЭК 584.1-1977, а также некоторые другие. тина. * За исключением термопары платннородий (13 % Rh)-пла- Объем сообщаемых сведений неодинаков для различных термопар и определяется их распространенностью и степенью изученности. Высокие температуры указываются в градусах Цельсия, низкие - преимущественно в Кельвинах. Градуировочные таблицы для высокотемпературных термопар приведены с шагом 10 °С, для низкотемпературных - с шагом в 1 К. Значения интегральной и дифференциальной т. э. д. с. термопар п термоэлектродов в стоградусных температурных точках приведены с точностью, которую дают градуировочные таблицы (аппроксимирующий полином). Допускаемые отклоие1П1Я т. э. д. с. термопар указываются только по ГОСТ 3044-77 и СТ СЭВ 1059-78; термоэлектродная проволока с более узким допуском но т. э. д. с. поставляется по специальным техническим условиям. Современная технология позволяет изготавливать термоэлсктродиую проволоку с допусками на т.э.д.с. в два раза меньшими по сравнению с допусками по ГОСТу и СТ СЭВ. Допускаемые отклонения т. э, д. с. приведены для термопар в состоянии поставки. Под максимальной температурой кратковременного применения термопар понимается, как правило, температура на 50-150 X ниже температуры солидуса материала менее тугоплавкого термоэлсктро-да. Исключение составляют такие материалы, как, например, медь, скорость окисления которой при температурах намного ниже температуры плавления очень велика. Под максимальной температурой длительного применения понимается температура, которую можно измерять термопарой с электродами больших сечений (диаметром 3- 5 мм для сплавов неблагородных металлов и диаметром 0,3-0,8 мм для сплавов благородных и тугоплавких металлов) в течение 5:1000 ч. Указанные температуры не всегда совпадают с установленными ГОСТ 3044-77 и СТ СЭВ 1059-78, которые в этих стандартах приведены без каких-либо оговорок. Предельными температурами, которые можно измерить низкотемпературными термопарами, считаются тс, при которых чувствительность термопар равна примерно 10 мкВ/К. - Так как нестабильность т. э. д. с. (дрейф) термопар зависит от очень большого числа факторов - температуры и времени эксплуатации, характера и числа теплосмен, окружающей среды, материалов изоляции и зашиты, то значения нестабильности приводятся только для тех условий эксперимента, в которых они были получены. Необходимо и.меть в виду, что если термопары и термоэлектродные сплавы, предназначенные для измерения как высоких, так и низких температур, имеют при высоких температурах термоэлектрические характеристики, точно соответствующие табличным данным, то это не обязательно означает, что их характеристики при низких температурах также точно соответствуют табличным данным и наоборот. Для точных измерений необходимо градуировать термопары во всем диапазоне температур выше и нище 0°С. Сведения о составах и свойствах термоэлектродиых сплавов и термопар имеются в ряде специальных монографий и тематических сборниках [11-20, 23-25, 39-43, 48, 49]. Основные параметры термопар, например градуировочные характеристики, допускаемые отклонения т.э.д.с, нормированы стандартами (СТ СЭВ и ГОСТ). 4.1. ТЕРМОПАРЫ С ТЕРМОЭЛЕКТРОДОМ ИЗ МЕДНОНИКЕЛЕВОГО СПЛАВА (КОПЕЛЯ ИЛИ КОНСТАНТАНА) ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1100 °С Меднопикелевые сплавы, состав которых близок к эквиатомному (копель или константан), развивают большую т.э.д.с. Поэтому термопары, образованные этими сплавами и какими-либо другими, отличаются высокой т. э. д. с. и чувствительностью. Известны многие термонары, у которых копель (константан) является во внешней цени отрицательным электродом: Си-К (копель, константан), Fe-К, Ag-К [45, с. 286-329; 46, с 1284-1292] Т. э.д.с., мнВ 70 А1-К [64], Ni-К [65], Zr-K [48, с 625], ковар-К [65], X (хромель)-К, нихром-К [48, с 3-32; 48, с. 625], сталь - К [48, с 625], манганин -К [96], инконель - К [65] и др. Градуировочные характеристики HeiyOTO-рых из них даны на рис. 4.1. Широкое распространение н промышленности получили только три термопары с положительными тер.моэлектродами из меди, железа и хромеля, которые подробно описаны ниже. Большинство других были пригодны только для измерения температур в тех случаях, когда один из электродов представлял собой либо элемент конструкции прибора, либо объект исследования и т. п. Термопара Ag-К имеет некоторое преимущество перед термопарой Си- К в связи с лучшей жаростойкостью серебра, позволяющей длительно использовать ее до более высоких температур (600 "С), Однако из-за своей стоимости она применяется не часто. Термоэлектродвижущая сила. Зависимость т. э. д. с. от концентрации меди и никеля в системе Си-N1 показана на рис. 4.2. Сплавы меди и никеля развивают наибольшую т. э. д. с. (но абсолютной величине) при содержании 40- 41 % Ni [48, с. 3-32; 39, с 5-32, 66]. По другим данным (см., например, [15]), оптимальной т.э.д.с. обладает сплав с 43-43,5 % Ni. В области температур 200 °С минимум т.э.д.с. немного сдвигается в сторону больших концентраций никеля. Так как минимум на изотермах т. э. д. с. плоский, то даже большие колебания в составе (от 39 до 44% Ni) сравнительно мало изменяют т.э.д.с. (примерно на 0,2 мВ при 800 °С).  Рис. 4.!. Температурная зависимость т. э. д. с. некоторых термопар с отрицательным электродом из сплава константан (копель) (по совокупности литературных данных) 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||