Главная » Мануалы

1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 18

Физические и механические свойства термоэлектродных сплавов

ПдПлЗл-31-14 (ППЗ) ЗлПд-35 (ЗП)

14910 1570

Плотность, кг/м'........

Температура плавления, °С . . . . Удельное электросопротивление, ОмХ

Хм-108............

Термический коэффициент электросо-

противления (0-100 °С)..... 0,00086

Предел прочности, МПа, при температуре, °С:

20...........

800 ..........

1000 ..........

1200 ..........

330 250 80 45

15 870 1426

0,00360

230 160 50 24

Удлиняющие провода к термопаре (табл. 56)

ТАБЛИЦА 5.6

Электрод термопары

Сплавы для удлиняющих проводов

Характеристика проводов

Хромель Т

по гост 492-73

Алюмель

по гост 492-73

Суммарная компенсация при температурах >600°С; хромель Т и алюмель должны быть одного класса или скомплектованы в пары (ГОСТ 1790-77)

Сплав

Си+1,25 % N1 -t-+0,75 % Мп Сплав N1+45 % Си

Суммарная компенсация при температурах 200°С

Рекомендации по изоляции и защите

При работе в окислительных средах термоэлектроды термопары могут быть изолированы огнеупорным фарфором или другой высокоглиноземистой керамикой, лучше всего окисью алюминия высокой °pgjj.j,gpgmgjjj j загрязнения термопары парами металлов, серой, кремнием необходимо предпринимать те же предосторожности, что и для термопар типа ПР (см, 5.2.1).

5 1 2. ТЕРМОПАРА ППР-ПЗП

ИЗ ПАЛЛАДИЙСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1400°С

Основные свойства и назначение

Термопара предназначается для длительных измерений температуры в окислительных и инертных средах. Обычное применение - из-

Марка сплава

Состав, %

примеси

ППР

(ПлПдРд-38-5) ПЗП

(ПдЗлПл-37-8)

36,0-

38,0

37,0-39,0

54,0-56,0

56,0- 58,0 7,0- 9,0

4,0- 6,0

Содержание регламентируется химическим составом шихтовых материалов

мерение температур в камерах сгорания газотурбинных двигателей. Предельная температура 1400°С (кратковременно может использоваться для измерений 1450 °С). Температура развивает большую т.э.д.с, (54,3 мВ при 1400 °С); чувствительность в области 1000- 1400 °С равнэ ~-46 мкВ/°С,

Недостатки термопары: каталитическое действие в реакциях горения топлива и связанные с этим погрешности измерения; склонность к загрязнениям парами металлов, высокая стоимость.

Термоэлектродпая проволока для термопары ППР-ПЗП поставляется по техническим условиям.

Материал термоэлектродов (термоэлектродные сплавы)

Общая характеристика. Положительный электрод - силав платины, палладия и родия с температурой плавления >1700°С, прочный при высоких температурах и обладающий сравнительно высокой т. э. д. с.

Отрицательный электрод - сплав палладия с золотом, близкий по составу к эквиатомиому, но дополнительно легированный платиной для повышения температуры плавления и прочности.

Марки отечественных сплавов и их состав (табл. 5.7).

Т. э. д. с. термопары и термоэлектродов

Интегральная т. э. д. с. термопары ППР-ПЗП и ее термоэлектродов относительно платины (табл. 5.8).

Дифференциальная т. э. д. с. тер.чопары ППР-ПЗП и ее термоэлектродов относительно платины (табл. 5.9).

Влияние химического состава на т. э. д. с. термоэлектродных сплавов. В соответствии с диаграммами состав - т. э. д. с. тройных сплавов Pt-Pd-Rh (см. рис. 5.3) уменьшение или увеличение кон-цеитрации платины за счет палладия при постоянном содержании родия в сплаве ПлПдРд-38-5 (положительном электроде) изменяет т. э. д. с. гораздо меньше, чем изменение концентрации родия. Сплав ПдЗлПл-37-8 (отрицательный электрод) в системе Pd-Au-Pt расположен в той области концентраций (см. рис. 5.2), которой отвечает максимальная т. э. д. с. Уменьшение содержания золота и увеличение содержания платины существенно снижает т. э. д. с.



э. д. с, мВ

д. е., mkB/C

С

п

t, С

т С

к

С т

t, С

с

К

с

С

с

а

С

п

С

п

п

с

а

п

п

к

1,99

0,70

1,29

24,5

15,5

4,50

1,76

2,74

7,36

2,78

4,58

И

10,71

4,15

6,56

14,40

5,39

9,01

34,5

21,5

18,40

6,84

11,56

39,5

13,5

22,66

8,22

14,44

41,5

27,5

27,09

9,72

17,37

31,62

11,18

20,44

14,5

29,5

1000

36,21

12,65

23,56

1100

40,80

14,11

26,69

1200

45,40

15,58

29,82

1300

49,87

17,01

32,86

1000

1400

54,33

18,45

35,88

1100 1200

46 46

15 15

31 31

Примечания: 1.

Темпера-

тура свободных концов 0 °С.

2. Сплав ППР положителен от-

1300

носительно платины, сплав ПЗП

1400

(47)

(16)

(31)

отрицателен.

Градуировочная таблица и точность термопары

Градуировочная таблица термопары ППР-ПЗП (табл. 5.10).

Допускаемые отклонения т. э. д. с. Допускаемые отклонения т.э.д.с. от значений, указанных в градуировочной таблице (АЕ), установлены следующими: при температурах 100-1000 °С ±0,16 мВ, при 1100, 1200, 1300 и 1400°С соответственно ±0,20; ±0,25; ±0,30; ±0,35 мВ.

Рекомендуемые рабочие атмосферы и интервал рабочих температур. Срок службы (технический ресурс)

Термопарой можно измерять температуру в окислительных средах (на воздухе, в продуктах сгорания топлива при избытке воздуха), инертных атмосферах, а также в сухом водороде. В вакууме и восстановительных средах пользоваться термопарой не рекомендуется.

Ресурс термопар с электродами диаметром 1,2 мм при исныта-нии в спокойном воздухе значительно нревыщает 2500 ч при 1200 °С; 1000 ч при 1300°С и 400 ч при 1400 С [43, с. 43-52, 149].

ю CTi

1- о со СГ) СГ)

-. to со t-

-, ю со

1Х> - t- со СГ)

to - LO о со со -ф -ф

СГ) со

ОООСОСГ) -Ю t- СГ) о t- t- со

Ю СГ) СГ) (О Ю t--- tCQO-*

-, со со СГ) со t- -, со о lO СГ) - - со со со

00 CN CN со CN 1 со CN -

со о о о

t n г- со 00 о

- со to СГ) со 1 -t Ю о СГ) CNC4COCOCO

(N 00 Tj- СГ)

00 (N

1 1 OS СГ) to со

о - (N 00 1

СГ) о СГ) rt< rt< rt< 00 со со СГ) LO

со со О ю

- со со СГ) CN со О lO СГ) rt< 00 СО - CNC4(NCOCO-

00 О

) СЧ 00 СГ) СО о со Ю 00 CN со

1 со 00 00 00 00 со 00 о

о со 00 со

CN CN (N со со

00 t- ю со

со СГ) Ю со - СГ)

о Ю 00 ю

Ю С<1 С<1 с о tf 00 с

> со 00

I со со -ф

00 -ф

о С<1 00 СГ) Ю -ф

ю t- t- ю

о Ю 00 -. ю

со -ф со со со

СГ) СГ) Ю -

о? со od cit-. c - со со -ф

о

со 1- 1- СГ) со со -ф о СГ)СО -

о ю - ю

с5 S о? S - ь1

СП со iCcJt---1

- со со -ф

о со со 1-

со с

ф 1

сс со со со -Ф 00

- t- со о t-

о о со со со 00 - ю о со

00 со iCcco - -, С<1 со со

ю о

00 со

ю о

) д> С5 ср - о

о СГ) ю со -

о со с Ф со с

> - о

) со 00

00 t-- со о - с<1 со со

ф 00 со

8888

- со I

to 00 СГ) о -

о о

о о а а X о

Й я . S H H 1

= ogS.

E Ч 4 с - Э Q, rt OJ



Термоэлектрическая стабильность

Дрейф показаний термопар ППР-ПЗП при работе на воздухе не превышает 0,5 / за 1000 ч при 1200 °С или за 300 ч при 1400 °С. Характер изменения градуировочиой характеристики термопары и отдельных термоэлектродов виден на рис. 5.4.


Рнс. 5.4. Изменение т. э. д. с. сплавов Pd55Au37Pt8 (/), Pt57, Pd38, Rh5 (2) и термопары Pt57, Pd38Rli35-Pd55Au37Pt8 (if) после нагрева прн 1200 °C, 820 ч (a) и после нагрева при 1400 °С, 300 ч (б) 143, с. 43-52]


Удлиняющие провода к термопаре (табл. 5.11)

ТАБЛИЦА 5.11

Электрод термопары

Сплавы для Удлиняющих проводов

Характеристика проводов

ППР ПЗП

Сплав меаль (Cu-t-0,8Al) Сплав менижель (Cu-f -f9,5Ni-f 0,5Fe)

Поэлектродная компенсация до 450 °С с погрешностью 3°С. Проволока для проводов изготавливается по техническим условиям

ППР ПЗП

Сплав 60Ni-fl5Cr-f -f24Fe-f ISi

Сплав 90,5Ni-f3AI + -f lSi-f5,5Cu

Суммарная компенсация при температурах 800- 1000 С

Рекомендации по изоляции и защите

См. 5.2.1. U0

5.2. ТЕРМОПАРЫ ИЗ ПЛАТИНЫ

И ЕЕ СПЛАВОВ С РОДИЕМ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1850°С

По совокупности свойств платина и платинородиевые сплавы являются уникальными материалами для термопар. Их основное свойство - хорошее сопротивление газовой коррозии, в частности исключительно высокая коррозионная стойкость на воздухе при высо-

Т.з.д.с.,мВ 20


Рис. 5.5. Изотермы интегральной т. э. д. с. сплавов Pf-Rh (153, 154]

Т.З.д.С, м8 20

100°Ш/ 80 \ 40J 20jyy

-\--\---1 1

0 200 Ш 600 800 WOO t,C

®- Зависимость интегральной т. э. д. с. сплавов Pt-Rh от температуры [153, 154]



.2 -

I 20

tj a

I

-

КИХ температурах. Указанное свойство в сочетании с высокой температурой плавления и достаточно большой т. э. д. с, хорошей совместимостью со многими изолирующими и защитными материалами, а также с хорошей технологичностью и воспроизводимостью свойств делает эти материалы незаменимыми для термоэлектродов термопар, предназначенных для измерения высоких температур в окислительных средах.

Диапазон измеряемых температур. Предельная температура, при которой могут быть применены платина и ее сплавы с родием,

ограничена их температурами (1772 °С для платины и 1963 °С для родия).

Термоэлектродвижущая си.аа. Сплавы Pt-Rh развивают сравнительно высокую т. э. д. с, причем температурная и концеитрациои-иая зависимости таковы (рис. 5.5-5.7), что т.э.д.с. и чувствительность термопар, образованных платиной и сплавами Pt-Rh или двумя сплавами Pt-Rh с различными содержаниями родия, оказываются достаточно большими. Это позволяет использовать термопары в сочетании с измерительными приборами промышленных типов.

Сплавы Pt-Rh образуют непрерывный ряд твердых растворов. Немойотонность зависимостей некоторых физических свойств от концентрации указывает на возможность превращений в твердом состоянии, которые, однако,

до сих пор не были обнаружены.

Взаимодействие с окружающей средой. Платина, родий и их сплавы весьма устойчивы на воздухе и в других окислительных средах при высоких температурах. Окисление сопровождается потерей массы в большей степени за счет возгонки летучих окислов и в меньшей за счет возгонки самих металлов, поэтому на воздухе и в кислороде она больше, чем в вакууме. Однако по абсолютной величине потеря массы не велика, поэтому термоэлектроды термопар (тонкие проволоки) из платины, родия и их сплавов служат весьма долго при высоких температурах.

Платина и платинородиевые сплавы устойчивы в аргоне и гелин, не растворяют азота и водорода и не образуют нитридов и гидридов, а также не взаимодействуют с СО и COj. Тем не менее измерять температуру термопарами из сплавов Pt-Rh в восстановительных атмосферах не рекомендуется. В результате восстановления некоторых окислов, например имеющихся в изоляционной и защитной керамике, образующиеся элементы могут реагировать с платиной и платинородием, изменяя их т. э. д. с. и механические свойства.

Взаимодействие с изолирующей и защитной керамикой. В окислительных средах при температурах до ~1200 °С платина и ее спла-

0 200 400 600 800 1000 t, С

Рис. 5.7. Зависимость дифференциальной т. э. д. с. сплавов Pt-Rh от температуры [153, 154]

вы с родием практически не взаимодействуют с кварцем, окисью алюминия, различными алюмосиликатами, окисью магния и другими огнеупорными материалами. При более высоких температурах (1300-1500 °С) контакт платины и платниородня с различными керамическими материалами на воздухе сопровождается изменением их т. э. д. с. Наибольшие изменения т. э. д. с. вызынаются контактом с SiOz, меньшие -с AljOs-SiOj, еще меньшие -с А!20з (см. рис. 5.8) и, наконец, совсем малые - с MgO, ВеО и ТЬОг [155- 158]. Реакция между платиной и огнеупорными окислами (например, с AI2O3 и ThOs) наступает и тогда, когда окислительный потенциал окружающей атмосферы понижен до определенного критического уровня. При этом окислы диссоциируют, а высвободившиеся металлы реагируют с платиной; скорость реакции контролируется парциальным давлением кислорода и сродством металлов к платине [49, с. 1633-1644].

Контакт платины и платинородия с огнеупорами в восстановительной атмосфере сопровождается большими изменениями т. э. д. с. (рис. 5.9) и часто резким ухудшением механических свойств (охрупчиванием). Возникновение хрупкости связано с тем обстоятельством, что в восстановительных атмосферах при температурах выше 1100°С платина реагирует с кварцем, в результате чего образуется силицид платины PtjSi, и легкоплавкая (830 °С) эвтектика Pt-PtsSij, отлагающаяся по границам зерен. Эта реакция возможна только в присутствии углерода и серы и осуществляется путем восстановления SiOj до Si, который в присутствии СО соединяется с серой, образуя газообразное соединение SiQ; последнее реагирует с платиной [159, 160]. Таким образом, указанная реакция протекает через газовую фазу и не требует обязательного контакта термоэлектродов с кварцем.

Кварц может быть также восстановлен водородом до моноокиси кремния SiO (газ), которая реагирует с платиной, образуя силицид PtsSij. Такой реакцией в работах [161, 164] объясняются результаты, представленные на рис. 5.9. Указывается, что достаточно 0,2 % SiOj для возникновения хрупкого силицида платины. Опыт показывает, что возможность такой реакции определяется скорее восстановительным потенциалом атмосферы, чем концентрацией SiOj в огнеупорах.

По данным [162], в отсутствие SiOj, С и S платииородий - платиновые термопары могут длительно эксплуатироваться в водороде при температурах до 1600 С.

На возможность реакции платины и платинородия с AI2O3 в атмосфере с высоким восстановительным потенциалом (например, в диссоциированном аммиаке) указывается в работе [160]. В этой атмосфере термопара, изолированная MgO, оказалась гораздо более стабильной.

Если причину охрупчивания платиновых термопар в результате взаимодействия их с Si02 следует считать установленной, то влияние огнеупорной керамики на т.э.д.с. до конца не ясно. Можно только утверждать, что одной из главных причин изменения т. э. д. с. является взаимодействие электродов термопар с железом-примесью, всегда встречающейся во многих огнеупорных материалах [161, 163, 371].

Технологичность и воспроизводимость т. э. д. с. Платина и ее сплавы с 5-40 % Rh весьма технологичны и легко позволяют изготавливать из иих тонкую проволоку. Хотя сплавы, содержащие

8-330 из



о

-0,05


Pt6%Rh

)Pt10%Rh Pt307.Rh I

Рис. 5.8. Изменение т. э. д. с. платины и сплавов Pt-Rh при нагреве на воздухе при 1400°С в контакте с АЬОз (а), МгОз- Si02 (б) и SiOj (в) [1551

20 30

Врепя, ч

40 50

а

% 0

Pt6%Rh - >- PtlO%Rh n=*=Ptffl7oRh

-0,5

3 6 9

Время, Ч

в

/Pt*

/ > Pi6%Rh*

;:::;Il-optio%Rh

5 10 IS Время, huh

Pt67oRh ,Pt10%Rh Pt 50%Rh


5 10 15 Время, мин

Рис. 5.9. Изменение т. э. д. с. платины и сплавов Pt-Rh при иагреве в водороде при 1400 °С в контакте с АЬОз (а), АЬОз- SiOj (б) и SiOz (в) [155]. Знак* означает охрупчиваиие материала

большое количество родия, менее технологичны, производство из них проволоки также возможно.

Высокая чистота платины и родия, устойчивая технология производства проволоки из них и их сплавов, позволяющая сохранить практически иеизмеиным химический состав, обеспечивают отличную воспроизводимость т. э. д. с. Этим объясняется возможность изготовления платинородиевых сплавов с заданной с узкими допусками т.э.д.с. (±0,2% на т.э.д.с. пары гплавов) даже в тех случаях,

Т.З.д.С.,МВ 20

/ 13/0

у^ю/о

Х^у- W1

30/6

1 Х 100/20

1 1

1000

1500

Рис. 5.10. Градуировочные кривые термопар пр (по совокупности литературных данных)

когда концентрационная зависимость т. э. д. с. очень сильно выражена (например, у сплавов с 10 и 13 \ Rh).

Составы сплавов для термопар. Предложено и опробовано много типов термопар из платины, родия и их сплавов. Главнейшие из них: ПРЮ/О* [1-4]; ПР13/0 [20, 176], ПР13/0,5 [20], ПР13/1 [20, 165], ПР20/5 [20, 166-168], ПРЗО/1 [165-168 , ПРЗО/6 [169-171], ПРЗО/13 [157], ПР40/10 [172], ПР40/20 [173], ПРЮО/О [48, с. 135- 160], ПР100/10 [13], ПР100/20 [175] и ПРЮО/ЗО [175]. Температурные зависимости т.э.д.с. этих термопар показаны на рис. 5.10. Из всех известных распространение получили только термопары ПРЮ/О, ПР13/0, ПРЗО/6 и Г1Р40/20, свойства которых подробно рассмотрены ниже.

* Цифры указывают содержание родия в сплавах: в числителе - в положительном электроде, в знаменателе - в отрицательном. Указанные литературные источники не всегда являются первыми публикациями.



5,2.1. ТЕРМОПАРЫ

ПЛАТИНОРОДИЙ (10% Rh)-ПЛАТИНА ПРЮ/О И ПЛАТИНОРОДИЙ (13 % Rh) - ПЛАТИНА ПР13/0

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1600 С Основные свойства и назначение

Наиболее распространенные термопары, предназначенные для измерения температур до 1400°С (длительно) и 1600°С (кратковременно) в окислительных и инертных средах. Имеют практически линейную термоэлектрическую характеристику в области рабочих температур (600-1600°С) с чувствительностью 10-12 (ПРЮ/О) и II -14 (ПР13/0) мкВ/°С. Характеризуются высокой точностью, хорошей воспроизводимостью и стабильностью, отличным сопротивлением коррозии. Этим обусловлено использование термопары ПРЮ/О не только в качестве чувствительного элемента рабочих термоэлектрических термометров, но и образцовых. Поэтому она также служит в качестве эталонного прибора, предназначенного для воспроизведения Меледународной практической температурной шкалы (МПТШ) в области температур от 630,74 до 1064,43 °С с момента установления последней (1927 г.).

Температура ПР13/0 используется исключительно в качестве чувствительного элемента рабочих термометров. Термопара ПР13/0 имеет несколько большую чувствительность и развивает немного большую т.э.д.с, чем термопара ПРЮ/О. Разница между обеими термопарами невелика и все, что можно сказать о термопаре ПРЮ/О, относится и к ПР13/0, поэтому их свойства рассматриваются здесь совместно. По совокупности свойств термопары ПРЮ/О и ПР13/0 являются лучшими из всех известных и, несмотря на многочисленные попытки, до сих пор не удалось создать какие-либо другие термопары, которые могли бы их заменить.

Недостатки термопар: большая чувствительность к загрязнениям металлическими и неметаллическими примесями при изготовлении, монтаже и экснлуатации, нестабильность в условиях облучения, высокая стоимость.

Термопары ПРЮ/О и ПР13/0 широко иснользуются в самых различных областях промышленности и научных исследованиях, везде, где требуется высокая точность и надежность.

В настоящее время градуировочные таблицы термопар ПРЮ/О и ПР13/0, установленные стандартами многих стран мира, идентичны. Это нашло отражение в стандартах СЭВ (СТ СЭВ 1059-78) и МЭК (584-1.1977). Градуировочная таблица термопары ПРЮ/О зафиксирована в ГОСТ 3044-77*; термоэлектродная проволока изготавливается но ГОСТ 10821-75. Термоэлектродная проволока для термопар ПР13/0 изготавливается по техническим условиям.

Ниже приведены подробные сведения о термопарах ПРЮ/О по стандарту СТ СЭВ 1059-78 и стандарту МЭК 584-1.1977, а также термопары ПР13/0 по стандарту МЭК 584-1.1977.

* Градуировочная таблица термопары по ГОСТ 3044-77 подлежит пересмотру и приведению ее в соответствие со стандартом СТ СЭВ 1059-78.

Материал термоэлектродов (термоэлектродные сплавы)

Марки и химический состав по ГОСТ 10821-75 отечественных, сплавов для термоэлектродов термопар ПРЮ/О и ПР13/0 (табл. 5.12).

ТАБЛИЦА 5.12

Марка

Состав,

примечание

ПРЮ ПР13

ПлТ

90 13

10 7

Содержание примесей не нормируется, но ограничивается использованием для изготовления сплавов платины и родия чистотой >99,95 % Для платины величина RmIRo* должна быть не менее 1,3910

* Отношение значений электросопротивления прн 100 и О °С принято использовать в качестве критерия чистоты платины. Между величиной RmoIRo и т. э. д. с, которую можно также использовать в качестве меры чистоть! (последнюю гораздо легче измерять), установлены зависимости [179, 1841; к сожалению, они не универсальны.

Т. э. д. с. термопары и термоэлектродов

Интегральная т.э.д.с. термопар ПРЮ/О и ПР13/0 (табл. 5.13).

Дифференциальная т. э. д. с. термопар ПРЮ/О и ПР13/0 (табл. 5.14).

Влияние хищнического состава на т. э. д. с. термоэлектродных сп.гавов. Воспроизводимость градуировочной характеристики термопар ПРЮ/О и ПР13/0 в значительной мере определяется химическим составом платинового электрода. Содержание примесей в платине, предназначенной для технических термопар, обычно поддерживается на уровне тысячных и десятитысячных долей процента

ТАБЛИЦА 5.13

i. С

д. е., мВ

i, °С

т. э. д. с, мВ

ПРЮ/О

ПР13/0

ПРЮ/О

ПР13/0

0,645

0,647

1000

9,585

10,503

1,440

1,468

1100

10,754

11,846

2,323

2,400

1200

11,947

13,224

3,260

3,407

1300

13,155

14,624

4,234

4,471

1400

14,368

16,035

5,237

5,582

1500

15,576

17,445

6,274

6,741

1600

16,771

18,842

7,345

7,949

1700

17,942

20,215

8,448

9,203

Примечания: 1. Сплавы ПРШ и ПР13 положительны относительно платины.

2. Температура свободных концов О С.



ТА БЛИЦА 5.tl

t. с

т. э. д.

с, мкВ/°С

t, °С

Т. э. д. с, мкВ/°С

ПРЮ/О

ПР13/0

ПРЮ/О

ПР13/0

5,400

5,289

11,199

12,774

7,333

7,476

1000

11,528

13,219

8,461

8,841

1100

11,831

13,625

9,138

9,739

1200

12,023

13,907

9,574

10,373

1300

12,120

14,074

9,891

10,892

1400

12,123

14,124

10,189

11,346

1500

12,032

14,058

10,541

11,837

1600

11,846

13,876

10,870

12,314

1700

11,489

13,503

(1оо/о^О,3910), а для образцовых - на уровне десятитысячных долей процента (/?ioo ?o0,3920), см. [49, с. 1619-1632; 177-179]. Влияние примесей на т. э. д. с. платины изучено в работах

[49, с. 1619-1632; 178-182]. Большинство встречающихся в платине примесей увеличивает ее т. э. д. с. и уменьшает т. э. д. с. термопар ПРЮ/О и ПР13/0; только примесь золота увеличивает т. э. д. с. платины. Вплоть до ~0,1% т.э.д.с. линейно зависит от концентрации примесей [181]; вполне вероятно, что влияние примесей аддитивно. Определенно установлено очень сильное влияние примеси железа, рис. 5.11. Согласно [183] для того, чтобы обеспечить воспроизводимость термопар в пределах ±0,25 % содержание железа не должно превышать 0,002 % для платины и 0,006 % для платинородия.

Содержание родия в сплавах для положительного электрода составляет, как правило, 10,00±0,05 % Для термопары ПРЮ/О и 13,00±0,05 % для термопары ПР13/0 [23; 49, с. 1585-1602]. По данным [185], добавка 0,01 % Rh к сплаву ПРЮ увеличивает его т. э. д. с. на 6 мкВ (относительно платины при 1200°С), а к сплаву ПР13 - на 4 мкВ; в то же время эта добавка к платине увеличивает ее т. э. д. с. на 150 мкВ.

Примеси в платинородии сказываются па величине т. э. д. с. в меньшей степени, чем на платине, причем многие из них увеличивают т. э. д. с. сплава, и, следовательно, термопары. Содержание примесей в сплаве ПРЮ для образцовых термопар должно быть менее 0,05% (ат.), а в платине - менее 0,01% (ат.) [23]. Одновременное влияние чистоты платины и содержания родия в сплаве ПРЮ на т. э. д. с. термопары ПРЮ/О исследовано [186].

Fe /

- Pd

1 1

0 100 200 300 400 500 600 Содертание примесей, млн-

Рис, 5. п. Влияние некоторых примесей иа т. э. д. с. платины 1182!

Градуировочная таблица и точность термопары

Градуировочные таблицы термопары ПРЮ/О (табл. 5.15) и HPlSjO (табл. 5.16).

Аппроксимирующий полином. Зависимость т.э.д.с. (Е, мкВ) от температуры (/, °С) термопары ПРЮ/О по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и iV13K 584-1.1977 может быть аппроксимирована следующими полиномами:

в интервале от -50 до 630,74 °С

где ао = 0; о, = 5,3995782346-10°; 02=1,2519770000-10-2; 3 = = 2 2448217997-10-=; 04 = 2,8452164949-10-8; 05=-2,2440584544X ХЮ- ; 06=8,5054166936-Ю-5;

в интервале от 630,74 до 1064,43 С

где ,Ьо=-2,9824481615-Ю2; Ь, = 8,237552822Ы0°; 62 = !,6453909942X

в интервале от 1064,43 до 1665 °С 3

= S С; (t*y, i=0

где i*=(/-1365)/300; Со = 1,3943438677-10; с,=3,6398686553-10; С2=-5,0281206140-10°; сз=-4,245j3546418- Ю'; в интервале от 1665 до 1767,6 °С

£ = 2 (t*y.

где (*=(?-1715)/50; 4=1,8113083153-104 d, =5,6795375480-10=; d2 = -l,2112492121-10 ; =-2,8117588563-10°.

Зависимость т.э.д.с. от температуры термопары ПР13/0 по стандарту iV13K 584-1.1977 может быть аппроксимирована следующими полиномами:

в интервале от -50 до 630,74 °С

где 00 = 0- о, = 5,2891395059-Ю°; 02= 1,3911109947-10-; Оз = =-2,4005238430-10-5; 04 = 3,6201410595-10-; О5=-4,4645019036Х ХЮ- - 06=3,8497691865-Ю-4; 0,=-1,5372641559-10- ; в интервале от 630,74 до 1064,43 °С

где 6о=-2,6418007025-102; б, = 8,0468680747-10°; Ь2=2,9892293723Х ХЮ-з; 6з = -2,6876058617-Ю-;



С

Т. э. д. с, мВ

0,000

-0,053

-0,103

-0,150

-0,194

-0,236

0,000

0,055

0,113

0,173

0,235

0,299

0,365

0,432

0,502

0,573

0,645

0,719

0,795

0,872

0,950

1,029

1,109

1,190

1,273

1,356

1,440

1,525

1.611

1,698

1,785

1,873

1,962

2,051

2,141

2,232

2,323

2,414

2,506

2,599

2,692

2,786

2,880

2,974

3,069

3,164

3,260

3,356

3,452

3,549

3,645

3,743

3,840

3,938

4,036

4.135

4,234

4,333

4,432

4.532

4,632

4,732

4,832

4,933

5,034

5,136

5,237

5,339

5.442

5,544

5,648

5,751

5,855

5,960

6,064

6,169

6,274

6.380

6,486

6,592

6,699

6,805

6,913

7,020

7,128

7,236

7,345

7,454

7,563

7,672

7,782

7,892

8,003

8,114

8,225

8,336

8,448

8,560

8,673

8,786

8,899

9,012

9,126

9,240

9,355

9,470

1000

9,585

9,700

9,816

9,932

10,048

10,165

10,282

10,400

10,517

10,635

1100

10,754

10.872

10,991

11,110

11,229

11,348

11,467

11,587

11,707

11,827

1200

11,947

12,067

12,188

12,308

12,429

12,550

12,671

12,792

12,913

13,034

1300

13,155

13,276

13,397

13,519

13,640

13,761

13,883

14,004

14,125

14,247

1400

14,368

14.489

14,610

14,731

14,852

14,973

15,094

15,215

15,336

15,456

1500

15,576

15,697

15,817

15,937

16,057

16,176

16,296

16,415

16,534

16,653

1600

16,771

16,890

17.008

17,125

17,243

17,360

17,477

17,594

17,711

17,826

1700

17.942

18,056

18,170

18,282

18,394

18,504

18,612

Примечания: 1. Таблица составлена по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977.

2. Температура свободных концов О °С.

3. В стандарте СТ СЭВ 1059-78 установлены значения т. э. д. е. прн температурах от О °С до 1600 °С (в таблице отделены жирной чертой); в стандарте МЭК 584-1.1977 установлены значения т. э. д. с. при температурах от-50 до 1769 °С.

4. Температура - в градусах МПТШ-68.

ТАБЛИЦА 5.16

с

Т. э. д. с, мВ

100 200 300

0,647 1,468 2,400

-0,051 0,054 0,723 1,557 2,498

-0,100 0,111 0,800 1,647 2,596

-0,145 0,171 0,879 1,738 2,695

-0.188 0,232 0,959 1,830 2,795

-0,226 0,296 1,041 1,923

2,896

0,363 1,124 2,017 2,997

0,431 1,208 2,111 3,099

0,501 1,294 2,207 3,201

0,573 1,380 2,303 3,304

400 500

€00 700 800

3,407 4,471 5,582 6,741 7,949

3,511 4,580 5,696 6,860 8,072

3,616 4,689 5,810 6,979 8,196

3,721 4,799 5,925 7,098 8,320

3,826 4,910 6,040 7,218 8.445

3,933 5,021 6,155 7,339 8,570

4,039 5,132 6,272 7,460 8,696

4,146 5,244 6,388 7,582 8,822

4,254 5,356 6,505 7,703 8,949

4,362 5,469 6,623 7,826 9,076

900 1000 1100 1200 1300

9,203 10,503 11,846 13,224 14,624

9,331 10,636 11,983 13,363 14,765

9,460 10,768 12,119 13,502 14,906

9,589 10,902 12,257 13,642 15,047

9.718 11,035 12,.394 13,782 15,188

9,848 11,170 12,532 13,922 15,329

9,978 11,304 12,669 14,062 15,470

10,109 11,439 12,808 14,202 15,611

10,240 11,574 12,946 14,343 15,752

10,371 11,710 13,085 14,483 15,893

1400 1500 1600 1700

16,035 17.445 18,842 20,215

16,176 17,585 18,981 20,350

16,317 17,726 19,119 20,483

16,458 17,866 19,257 20,616

16,599 18,006 19,395 20,748

16,741 18,146 19,533 20,878

16,882 18,286 19,670 21,006

17,022 18,425 19,807

17,163 18,564 19,944

17,304 18,703 20,080

Примечания: 1. Температура свободных концов О °С 2 В стандарте МЭК 584-1.1977 значения т.э.д.с. установлены вплоть до температуры 1769 С 3. Температура -в градусах МПТШ-68. f



в интервале от 1064,43 до 1665 °С

где Со= 1,4901702702-103; ci=2,8639867552-10 ; Сг = 8,082363И89X ХЮ-З; сз=-1,9338477638-1 О-в; в интервале от 1665 до 1767,6 °С

где 0=9,5445559910-10; di = -l,6642500359-10; 2= 1,0975743239Х Х10-; з=-2,2289216980-10-=.

Т. э. д. с. и чувствительность в постоянных точках МПТШ-68 термопар ПР1010 и ПР1310 (табл. 5.17).

ТАБЛИЦА 5.П

Постоянная (реперная) точка

Температура, С

Затвердевания ртути

Таяния льда ....

Феноксибензола,

тройная ......

Кипения воды . . .

Бензойной кислоты,

тройная ....

Затвердевания индия олова висмута кадмия свинца

Кипения ртути . .

Затвердевания цинка

Кипения серы

Затвердевания эвтек

тики Си-А1 .

Затвердевания

мы ... .

Затвердевания

мииня . . .

Затвердевания се

ребра . . .

Затвердевания золотя меди

никеля

кобальта

палладия платины

алю

-38,862 0,000

26,87 100,000

122,37

156,634

231,9681

271,442

321,108

327,502

356,66

419,580

444,674

548,23

630,74

660,37

961,93 1064,43 1084,5 1455

1494

1554 1767,6

ПРЮ/О

е. мкВ

dEldt. мкВ/°С

ПР13/0

е. мкВ

dEldt. мкВ/°С

-189,54 0,000

153,70 645,34

812,88 1081,79 1714,64 2063,97 2516,72 2575,94 2848,34 3447,87 3690,88

4714,00

5552,10

5859,12

9148,20 10334,30 10570,46 15033,80

15504,28

16223,95 18693,89

4,318 5,400

6,026 7,333

7,640 8,044 8,714 8,977 9,246 9,276 9,406 9,643 9,725

10,030

10,295

10,411

11,403 11,740 11,793 12,085

12,040

11,943 10,663

-183,05 0,000

151,72 647,23

818,57 1095,62 1756,10 2125,04 2607,22 2670,59 2962,99 3611,34 3875,95

5000,94

5933,08

6275,90

10003,09 11363,85 11635,49 16811,06

17360,36

18201,73 21103,11

4,090 5,289

5,987 7,476

7,837 8,322 9,167 9,517 9,889 9,933 10,121 10,479 10,609

11,110

11,477

11,643

13,052 13,497 13,571 14,102

14,065

13,974 12,668

таблица

5.18

Класс точности

Температурный диапазон, °С

a.°c-

0-300 300-1600

0-600 600-1600

1,5 1,5 3 3

0 2 0 5

300 0

Допускаемые отклонения т. э. д. с. Температурная зависимость Т-/х' i, о^Р'Цовых (эталонных) термопар нормируется

ГОСТ 8.157-75 следующими критериями:

1064,43° с = 10 300 ±50;

Ю64,43= с - 951,930 с = 1183 + О, 158 (£io64,43o с Ю 300) ± 4;

-Ю64,43

С~630

с = 4,766Н-0,631 (£io64,43° с - 10 300) ± 8.

Для платинового электрода Люо/Ло 1,3920.

Для рабочих термопар ПРЮ/О согласно СТ СЭВ 1059-78 пределы допускаемых отклонений т. э. д. с. от значений, указанных в градуировочиой таблице (АЕ, мВ), должны определяться по уравнению:

А£= ±[a-f 6(/-с)]

где /-температура рабочего сиая; dS/rf/- чувствительность термопары при температуре t; а, b ц с - коэффициенты, значения которых приведены в табл. 5.18.

По ГОСТ 3044-77 допускаемые отклонения т. э. д. с. рабочих термопар ПРЮ/О от значений, указанных в градуировочиой таблице, должны быть определены по формуле

Af ± [0,014-2,5-10- (/- 300)],

где t - температура рабочего спая.

Допускаемые отклонения т.э.д.с. рабочих термопар ПРЮ/О в стоградусных точках по СТ СЭВ 1059-78 и ГОСТ 3044-77 (табл. 5,19).

Допускаемые отклонения т.э.д.с. термопары ПР13/0 нормируются в четырех точках:

t, С .... 300 600 900 1200 Af, мкВ . . . ±10 ±18 ±25 ±32

Точность термопары. Согласно общесоюзной поверочной схеме для средств измерений температуры по ГОСТ 8.083-73 передача значений МПТШ-68 рабочими эталонами - термопарами ПРЮ/О в интервале температур 630,74-1064,43 °С осуществляется с точностью 0,1 К (среднеквадратическое отклонение результатов измерений). Точность передачи температуры в интервале 300-1100 °С



ТАБЛИЦА SJ$

По СТ СЭВ 1059-78

По ГОСТ ЯПД4-77

t. °c

1-Й класс точности

2-й класс точности

ДЕ,±мВ

дл ±°с

ДЕ, ±мВ

дл +°С

ДЕ, +мВ

Al, ±°с

0,011

0,022

0,010

1,36

0,013

0,026

0,010

1,18

0,014

0,028

0,010

1,09

0,016

0,029

0,013

1,37

0,019

0,030

0,015

1,53

0,021

0,031

0.018

1,75

0,024

0,037

0,020

1,90

0,027

0,043

0,023

2,12

0,030

0,050

0.025

2,25

1000

0,033

0,058

0.028

2,44

1100

0,037

0,065

0,030

2,54

1200

0,040

0,072

0,033

2,75

1300

0,042

0,079

0,035

2,90

1400

0,045

0,085

0,038

3,16

1500

0,047

0,090

0.040

3,36

1600

0,049

0,095

0,043

3,70

осуществляется образцовыми термопарами ПРЮ/О первого разряда с доверительной погрешностью Д=2а=(0,2-0,4) К; в интервале 300-1200°С-термопарами второго разряда с Д= (0,4-1,0) К и термопарами третьего разряда - с Д= (0,8-2,0) К. Абсолютная допускаемая погрешность рабочих термопар ПРЮ/О (ПР13/0) в том же интервале температур равна (1,5-6) К,. По данным [187] предельная погрешность рабочих температур равна ±(1-2) °С.

В общем случае можно считать, что в интервале 300-1200 С измерить температуру с точностью до несколько десятых градуса можно только с помощью образцовых термопар первого и второго разряда [11, 18, 172, 188, 189]. При более высоких температурах точность термопар ПРЮ/О и ПР13/0 в несколько раз меньше. По данным [45, с. 154-194], прн 1500 °С она в лучшем случае достигает 2-3°С. Предельная погрешность термопар при 1100-1600 °С, по данным [187], равна 10-12°С. Такая оценка является, по-видимому, намного завышенной, особенно для температур ниже 1500 °С. См., например, работу [18], в которой погрешность термопары ПРЮ/О прн 1100-1500°С оценивается в 1 С, а при 1500-1700°С -в 5°С.

Рекомендуемые рабочие атмосферы и интервал рабочих температур. Срок службы (технический ресурс)

Термопарами измеряют температуру в окислительных и инертных средах. Применять термопары в восстановительных средах в присутствии легко восстановимых окислов, а также в атмосферах, содержащих пары свинца, цинка, мышьяка, фосфора и серы, можно

только при наличии очень хорошей защиты. Эта рекомендация имеет особое значение при температурах >900°С.

Обычно считается, что пользоваться термопарами в вакууме можно только в течение короткого времени (см., например, [И; 48, с. 135-160]). Однако экспериментами [161, 190] установлено, что стабильность термопар в вакууме во многих случаях можно считать вполне приемлемой и ими можно пользоваться в течение нескольких сотен часов.

Термопары ПРЮ/О и ПР13/0 практически редко употребляются для измерения температур ниже О °С, так как их чувствительность резко падает с понижением температуры, достигая нуля примерно при -138°С. Ими пользуются, только когда необходимо измерять одной термопарой область, захватывающую температуру несколько ниже 0°С; в связи с этим в некоторых стандартах т.э.д.с. термопар нормируется при температурах до -50°С.

Термопары не употребляются также для точных измерений ниже 300 °С, но вследствие хорошей стабильностп применяются при температурах до 600 °С в тех случаях, когда требуются сравнительные данные.

Хотя верхний температурный предел кратковременного применения должен ограничиваться в принципе температурой плавления платины, его обычно оценивают в 1600 °С. Использование термопар ПРЮ/О и ПР13/0 при температурах >1600°С следует рассматривать как исключительный случай и обычно для этой цели применяют другие термопары, например ПРЗО/6.

Верхний температурный предел длительного применения термопар лимитируется катастрофическим ростом зерна платинового электрода при температурах >1400°С*. По данным [18, 172], термопары могут применяться для непрерывных измерений до 1400°С. Некоторые авторы считают, что длительное измерение температуры с помощью термопар ПРЮ/О и ПР13/0 можно осуществлять до 1500 °С [191, 192]. С такой точкой зрения можно согласиться, учитывая наличие современных огнеупоров высокой чистоты, которыми следует изолировать и защищать термопары, а также существование так называемой волокнистой платины ( фиброплатины ), рост зерна в которой сильно заторможен. По некоторым официальным источникам (см., например, [11]) за верхний температурный предел непрерывной работы термопар ПРЮ/О и ПР13/0 в защите принимается 1480 С. По ГОСТ 3044-77 и СТ СЭВ 1059-78 температура длительного применения термопары ПРЮ/О не должна превышать 1300 °С, кратковременного - 1600 °С.

Максимальная температура применения образцовых термопар ПРЮ/О, естественно, намного ниже и составляет 1100 С для термопар первого разряда и 1200 °С для второго и третьего разрядов (ГОСТ 8.083-73).

Термоэлектрическая стабильность

Несмотря на продолжительное применение термопар ПРЮ/О и ПР13/0, имеющаяся информация о стабильности их показаний отно-

* После нагрева при 1450°С в течение 15 мин в платиновой проволоке диаметром 0,5 мм вырастает зерно длиной до 10 мм и площадью поперечного сечення, охватывающей все поперечное сечение проволоки [48, с. 135-160].



1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 18

Яндекс.Метрика