|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 18 сительно невелика и недостаточно надежна. Сравнение значений нестабильности т.э.д.с. термопар, полученных разными авторами, затруднительно, тем более что в старых работах использовалась изолирующая и защитная кера.мнка, содержащая значительное количество примесей, которые, как оказалось, являются одной из основных причин изменения т. э. д. с. Ниже даются ссылки иа некоторые наиболее достоверные источники, хотя и их данные не лишены противоречий. Тем ие менее можно согласиться с общей оценкой стабильности тер.мопар ПРЮ/О и 600 t,°C  Рис. 5.12. Изменение градуировки термопары ПРШ/0 (/), платииоро-диевого (2) и платинового (3) электродов после иагрева при 800 °с в течение 31000 ч [43, с. 68-71] ПР13/0, отличной ниже 1400 °С, хорошей при 1400-1600 X и плохой при 1600-1700 °С [18]. Стабильность в окислительных средах. При измерении температур 1000°С термопары всегда занижают свои показания. Дрейф т.э.д.с. возрастает с повышением температуры и увеличением времени. По данным [157, 158], термопары с тонкими электродами изменяют т. э. д. с. более сильно, чем термопары с толстыми электродами; данными [163, 45, с. 1645-1662] это ие подтверждается. Величина нестабильности термопар в основном определяется изменениями т. э. д. с. отрицательного электрода - платины (рис. 5.12). По данным [192], нестабильность положительного электрода становится особенно ощутимой при ~-1600°С. Изменения т.э.д.с. при температурах <1000Х становятся заметными только после выдержек в течение тысяч и десятков тысяч часов [43, с. 68-71; 49, с. 1633-1644; 193-196]. В максимальиых случаях они достигают 3 °С (рис. 5.13). В ряде работ [43, с. 1633- 1644; 193, 194; 196] отмечен положительный дрейф показаний. Все приведенные результаты исследования нестабильности т. э. д. с. получены при эксплуатации термопар ПРЮ/О в непосредственном контакте с неблагородными металлами или вблизи от них. Дрейф термопар в чистых условиях, по-видимому, гораздо меньше. В области 1000-1500 °С стабильность термопар в изоляции из чистой окиси алюминия весьма велика. Согласно [185] эксплуатация термопары при 1300 °С в течение 3 лет вызвала изменение показаний всего в несколько градусов (хотя, по данным [251], нестабильность т.э.д.с. в примерно таких же условиях достигла 12 °С). Эксперименты [188] с термопарой ПР13/0 обнаружили дрейф показаний в -1,3°С после 100-дневного нагрева при 1500Х. На рис. 5.14 и 5.15 показана кинетика изменений т.э.д.с. термопар ПРЮ/О и ПР13/0 при 1400-1450 °С по данным разных авторов. Согласно [375] при измерении температуры до 1100°С нестабильность т. э. д. с. можно оценить в 0,01 мкВ/ч. Испытания термопар при температурах >1500°С указывают на увеличение нестабильности т.э.д.с., см., например, [161, 163]; опыты при 1550 °С [175, 198] обнаружили дрейф термопар ПРЮ/О порядка -20°С за 100 ч. 20 ГО О -ГО -20 -30 -40
Время эксплуатации, ч Рис. 450- -/о(5 -С^~иГ1ооУч?19,° температуры  Рис. 1330 r4a.* !;r? lo? i?Pi° P З/О при нагреве на воздухе при С (45, с. 1645-1662]. Цифры у кривых - диаметр термоэлектродов, мм Время, ч 500 1000 Г
Рис, 5.15, Дрейф показаний термопар при 1400-1450 °с-с~1яз?Ч°п,1°°пУ?/,п' .ГлШ'?/ О 3-ПР13/0, 1450 °с [49, с: зКэГ-прИУх 5-ПРЮ/о, 1425 =с [48, Нестабильность т.э.д.с. термоэлектрических термометров с термопарами ПРЮ/О серийного производства обычно превышает дрейф самих чувствительных элементов. На основании [85] значения нестабильности термометров приведены в справочном приложении к ГОСТ 66Ю-74. Дрейф показаний термопарных кабелей ПРЮ/О и ПР13/0 с оболочками из благородных и тугоплавких металлов изучен в работах [49, с. ЮЗЗ-1644; 177; 197; 49, с. 1833-1840] и др. Во многих случаях наблюдаются значительные изменения т. э. д. с. вследствие реакции между термопарой, изоляцией и оболочкой, которая наблюдается в термопарах обычного тина (см. гл, 9). Стабильность в восстановительных средах. В восстановительных средах термонары весьма нестабильны [14, с. 37, 177, 199]. Они занижают показания на десятки градусов после службы в течение сравнительно короткого времени (рис. 5,16). Так же как и в окислительной, в восстановительной атмосфере основной вклад в нестабильность вносят изменения т. э. д. с. платинового электрода. Как правило, очень большая нестабильноеть обусловлена не непосредственным воздействием атмосферы на электрод, а реакцией ее с окружающей электроды керамикой и металлическими элементами защиты (например, чехлами). Опыты [177] подтверждают это: нестабильность термопар ПРЮ/О в водороде оказывается су-  Время, v/O 4 6 8 500 700 900 то WOfC Рис. 5.16, Изменения т.э.д.с. термопары ПРЮ/О после нагрева при 1400 °С в восстановительной среде (9 % СОг, 7 % СО, 7% Н2, 75% Кг, 2% СИ,). Цифры у кривых - Время нагрева, ч [200]  Рис. 5.17. Дрейф термопары ПР13/0 в чистом аргоне при 1325 °С [45, с. 1645-1662] щественно меньшей в случае, если они защищены керамикой высокой чистоты, нежели обычной, содержащей большее количество примесей, см. также [155, 199]. Считают [172], что хорошо защищенными термопарами можно пользоваться в восстановительных средах в течение сравнительно короткого времени. Стабильность в инертных средах и в вакууме. Показано [161], что стабильность термонары ПРЮ/О в нейтральных атмосферах, по крайней мере, на порядок хуже, чем в окислительной. При изучении [191] дрейфа термопары ПР13/0 при 1330 °С установлено, что после 10000 ч выдержки изменения показаний в чистом аргоне в 5 раз больше, чем на воздухе в аналогичных условиях (рис. 5.17). На меньшую стабильность термопары ПРЮ/О в нейтральной атмосфере по сравнению с окислительной указывается в работе [18]. По данным [190], градуировочная характеристика термопары ПРЮ/О после нагрева в вакууме 2,7-10-5 Па при 1300°С в течение 350 ч сохраняется неизменной в пределах точности измерений ±5°С. Нагрев этих же термопар в вакууме 5,3-10- Па при 1540°С в течение 1012 ч также не привел к заметному дрейфу в пределах точности измерений ± 10 °С. В согласии с этими опытами находятся результаты [49, с 1645-1662; 161; 163]. Поэтому можно считать, что в вакууме Ю *-10 Па при 1200-1450 °С при выдержках до 1000 ч термопары стабильны в пределах ±10 С. С учетом данных [45, с. 1645-1662] можно полагать, что при температурах не выше 1350°С термопары стабильны в пределах ±5°С. При оолее высоких температурах или длительных выдержках дрейф термопар в вакууме может быть значительно большим. Так, согласно [165] после пребывания в течение 2 ч при 15Ю°С в вакууме термопара ПР13/0 изменила свои показания на 6 °С. Оценка [45, с. 1645-1662] величины дрейфа термопар ПР13/0 за 10000 ч при 1330 °С в вакууме Ю-*-10 Па составляет -23°С. Необходимо подчеркнуть, что максимальная продолжительность испытаний на стабильность термопар в вакууме во всех известных работах (в том числе в [45, с. 1645-1662]) не превышала 2000-40000 ч (испытания прерывались из-за обрыва цепи). Стабильность при измерении *; температуры жидких металлов. Не-стабильность термоэлектрических термометров погружения с термопа- рами ПРЮ/О, применяемых для измерения температуры жидкой стали достигает - (20-25) °С после примерно 20 замеров; поэтому обычно число замеров без возобновления спаев составляет не более 8-10 [201, 202] или 5-6 [Ю]> см. также данные [337].  15 30 45 Напряжение, /1а  Влияние деформации на т. э. д. с. Рнс. 5.18. Влияние упругой де. формации на т. э. д. с. термоэлектродов термопары ПР13/0 при 550 °С [203]: / - платина; 2 - платинородий Даже очень небольшая деформация изменяет т. э. д. с. термоэлектродов и термопар. Величина этих изменений мала, однако при точных измерениях, например образцовыми термопарами, они заметно сказываются на результатах. Упругая деформация растяжением вызывает изменение т. э. д. с. платины в интервале 20-550°С иа -47 пВ-С--кг--см-, а платинородия ПР13 - на -12 пВ-°С~-кг-*.см-2; причем величина изменений иропорцнональна приложенным напряжениям (рис. 5.18), см. [203, 209]. Такие деформации, возникающие в термонарных кабелях за счет разных коэффициентов термического расширения термоэлектродов, могут привести к погрешности измерения в несколько градусов. Пластическая деформация (растяжение, кручение и изгиб) де- лает платину термоэлектрически более положительной, а платинородии-более отрицательным, вследствие чего т.э.д.с. термопар уменьшается (рис. 5.19), см. [48, с. 243-264; 179; 204]. По оценке, данной в работе [204], уменьшение т. э. д. с. образцовых термопар в реальных условиях может достигать -7 мкВ (-0,6°С).  О 6 12 18 Относительное удлинение, % 0-6 12 18 Число одоротод/см О 6 12 18 24 Число переттыдании п Рис. 5.19. Изменение т. э. д. с. термопары ПРЮ/О и ее термоэлектродов при пластической деформации [2041: а - растяжение; 6 - кручение; в - изгиб (перекатывание через свободно вращающийся блок, диаметром 8 мм); / - платина; 2 - платииородий; J-термо- Влияние термической обработки на т. э. д. с. Отжиг увеличивает т. э. д. с. термопар ПР10/0 и ПР13/0. Термоэлектродпая проволока для термопар поставляется обычно в отожженном (мягком) состоянии; тем не менее многие потребители подвергают ее, термоэлектроды бывших в употреблении термопар (перед повторной градуировкой), а также термопары (смонтированные и сваренные термоэлектроды) термической обработке: рекристаллиза-ционному отжигу при высоких температурах для достижения полного разупрочнения и стабилизации т. э. д. с. В положении о Международной практической температурной шкале 1968 г. [9] и ГОСТ 8.157-75 рекомендуется отжигать платиновую проволоку при температуре не менее 1100°С, а платинородиевую - не менее 1450 °С. Температура отжига сплава ПРЮ (ПР13) является, по-видимому, оптимальной, так как т.э.д.с. сплава стабилизируется достаточно полно [179] и в то же время еще не наблюдается испарение компонентов, которое может изменить состав сплава [205]. Практика работы некоторых лабораторий [206-208] указывает на то, что отжиг платины прн 1100-1200 °С не дает особых преимуществ в стабильности т. э. д. с, но в то же время затрудняет изготовление и монтаж термопар, в связи с тем что структура платинового электрода становится крупнозернистой. Другая точка зрения заключается в том, что отжиг платины возможно и необходимо осуществлять при такой же температуре, что и отжиг платинородия [11; 49, с. 1585-1602; 45, с. 154-194]. Отжиг осуществляют пропусканием электрического тока (реже в вертикальной трубчатой печи) в чистом и свободном от пыли воздухе. Для того чтобы избежать закалки вакансий, охлаждение после отжига должно быть медленным [179]. Рекристаллизационный отжиг для уничтожения следов малых пластических деформаций, неизбежных при помещении термоэлектродов в каналы изоляционной керамики, а также при сварке и т. д., рекомендуют [9] производить при температуре >1100°С. По данным [204] отжиг при 800 °С в течение 1 ч достаточен для устранения влияния случайных пластических деформаций. Дорекристаллизационный отжиг для более полной стабилизации т. э. д. с. за счет приближения концентрации вакансий к равновесной проводят по режиму: 450 °С, 16 ч. Отжиг является конечной операцией термической обработки эталонных и образцовых термопар [179; 49, с. 1549-1560]. Термоэлектрическая однородность термоэлектродных сплавов Высокая чистота и хорошая технологичность платины и платинородиевых сплавов обусловливают сравнительно небольшую термоэлектрическую неоднородность проволоки из этих материалов, обычно не превосходящую ±1,5 мкВ - среднеквадратическое отклонение т.э.д.с. на участках проволоки длиной 2 м [217-219; 45, с. 134- 140], см. также гл. 8. таблица 6.20 Свойство
Температура плавления, °С . . . . Плотность, кг/м'........ Удельное электросопротивление при 20°С, Ом-м-108........ Средний температурный коэффициент электросопротивлеиия (О-100°С), °С-1-10-........... Линейный коэффициент теплового расширения (20-100°С), С--Ю . Удельная теплоемкость при 20 °С, кДж/(кг-К).......... Коэффициент теплопроводности при 20 °С, Вт/(м.К)........ Модуль растяжения, ГПа..... Модуль сдвига, ГПа....... Предел прочности, МПа..... Предел текучести (0,2 %), МПа . . Отиосительиое удлинение, % . . . Твердость по Бринеллю...... Примечание. Механические свойства приведены для материалов мягком (отожженном) состоянии. a S: Ч ю - g цз ст. a> a> - - - Ю lO Ю TO CO Ю - о - 0-1 rf - Tf 00 C3i - о Tf Г! t- -Г о - I ~- о о о - Ю 00 00 оо t-- S COCOlClCCOCT Cr-O-LO о о QO С-1 С- -rJ-Ю 1С -rf - о о 1-0 -гг С-] ст ю о о о о OJ со 00 со со ю сг> сз5 сч со * г^сосч .. оо - ю со - со ю Ю Ю со СЧ С<1 Th сч 00 - а> t--1 о С75 Ю о - со о о - со с: о о о со см <Г5 со <Г5 - 00 см 00 00 о со О) г~ о ю о о §2 со о - Ю о Tf Tf С-1 со Ю со со Tf -ч 00 о о о о со -. о 05 о со С- СТ) QO 00 см см со - о см - - ю о о а> о о - - <N ООООО а> Tf о о о ООО о - - - - 00 ааааЗ аа,5 2 -мн - о о. с о is Ц 2 и £ о о, н с я о о. о <и о с =s о -о. й; -Л о 00 C3i 00 eg со СЧ QO о о ю со ю о о с г~- с см см ООО s; * со со - со о , 52of , с ) aaSl аа,3 S и е-о i о. см и о S <u о ч с л о с сч о а) к и <1>. о £ 2 о Р 2Д 0 о о cq c-i S£ сх <u d5 (- га я я г л о Ч с га а о. 4) ся >> сп н и R \0 с я ь к о о. с; 3 я -о га о г По гост 10821-75 неоднородность проволоки оценивается как разность максимального и минимального значения т.э.д.с. относительно образцов сравнения при 800+20 °С (ПлТ) и 1200±20°С (ПРЮ) на каждых 5 м длины. Эта разность не должна превышать соответственно 7 н 15 мкВ. Физические и механические свойства термоэлектродных сплавов В табл. 5.20 представлены значения некоторых физических н механических свойств платины ПлТ платинородиевых сплавов ПРЮ и ПРЮ в основном при комнатной температуре, в табл. 5.21 - при высоких температурах. Удлиняющие провода к термопаре (табл. 5.22) О возможности использования проволоки из хромеля и алюмеля для удлиняющих проводов к термопаре ПРЮ/О (компенсация в области 400-600 °С) см. данные [239]. Высокотемпературные провода могут быть изготовлены, например, из двух медионикеле-вых сплавов с 1Й,3 и 20 % Ni [13]. Рекомендации по изоляции и защите Практика эксплуатации термопар ПРЮ/О и ПР13/0 показывает, что термоэлектроды рабочих термопар вплоть до ~ 1200 С могут быть изолированы кварцем, фарфором нли огнеупорами с более высоким ТАБЛИЦА 5.}} Электрод термопары Сплавы для Удлиняющих проводов Характеристика проводов ПРЮ и ПРЮ ПРО ПРЮ ПРО ПРЮ ПРО ПРЮ ПРО Медь ММ по ГОСТ 2112-71 Сплав ТП (МЫ 0,6) по ГОСТ 492-73 Сплав КПР (Cu-I--f3,2Si) Сплав КП (Cu-bSNi-b -f3,7Mn) Сплав Cu-f8Mn Сплав Cu-f0,6Ni Сплав Cu-fO,lNi Сплав Cu-f INi Суммарная компенсация до 100 °С с погрешностью ±0,03 мВ Проволока из меди изготавливается по ГОСТ 2112-71, из сплава ТП-по ГОСТ 1791-67; удлиняющие провода по ГОСТ 5.1236-72 Поэлектродная компенсация в интервале О-80°С Проволока для удлиняющих проводов изготавливается по техническим условиям Суммарная компенсация в интервале О-200°С. См. также данные [216] Суммарная компенсация в интервале 0-200 °С [4] содержанием AI2O3: муллитом, силлиманитом, огнеупорным фарфором. Термоэлектроды образцовых термопар изолируют плавленым кварцем. При измерении температур до 1400 °С следует пользо-ваться только керамикой с повышенным содержанием AI2O3. В слабоокислительной и особенно, в восстановительной атмосфере при температурах >1200°С и во всех случаях использования термопар при температурах >1400°С рекомендуется применять керамику из высокочистой окиси алюминия. При этом необходимо учитывать увеличивающуюся с ростом температуры проводимость AI2O3. Для восстановительной атмосферы некоторые авторы [49, с. 1633-1644] считают целесообразным изолировать электроды окисью магния. Внутренние чехлы для термопар обычно изготавливают из тех же материалов, что и изоляционную керамику, но обязательно газоплотных. Для защиты рабочих спаев термопар, предназначенных для разовых измерений температуры жидких сталей и сплавов, применяют кварцевые наконечники. Рекомендации по эксплуатации термопары Термопары ПРЮ и ПР13/0 весьма чувствительны к различного рода загрязнениям, которые могут быть причиной снижения прочности и охруичиваиня, а также возникновения сильного дрейфа показаний. Особенно чувствителен к загрязнениям платиновый термоэлектрод. Источниками загрязнения могут быть изолирующие материалы, защитные чехлы, нагревательное устройство и его атмосфера, предметы, находящиеся в непосредствениой близости от термопары, и т.д. Почти все изолирующие и защитные материалы содержат Si02, которая является основным источником загрязнения термопар кремнием, особенно если окружающая среда восстановительная. О механизме реакции платины с Si02 см. раздел 5.2. Кремний - основная причина охруичиваиня и разрушения термопар [48, с. 135-160]. Термопары должны быть защищены от воздействия паров металлов, таких как свинец, цинк и висмут, в результате которого электроды становятся хрупкими. Одним из факторов, способствующих снижению прочности, является сильный рост зерна в платиновом электроде при температурах >1400°С. При высоких температурах в вакууме опасность представляют пары железа, хрома и марганца, упругость пара которых в этих условиях достаточно велика. Источником таких паров могут быть нагревательные и конструкционные элементы печей [241]. Взаимодействие с парами металлов приводит и к преждевременному разрушению термопар, и к сильному дрейфу т. э. д. с. По этой причине термопары ПРЮ/О и ПР13/0 никогда не заключают непосредственно в металлические чехлы. Контакт термоэлектродов с металлами может быть причиной катастрофически большого изменения т. э. д. с. [242]. Вредное действие на термоэлектроды оказывают также пары неметаллов, таких как фосфор, мышьяк и сера. Последняя обычно присутствует в остатках смазочных масел и охлаждающих эмульсий (использованных при изготовлении чехлов), некоторых сортах асбеста, в атмосфере печей, отапливаемых топливом, содержащим серу. Предотвратить загрязнение термоэлектродов и преждевременный выход термопар из строя можно, выполняя следующие рекомендации: 1. Для уменьшения возможности загрязнения термоэлектроды должны быть изолированы одной двухкаиальной керамической труб- кой по всей рабочей длине. Применение коротких трубок и бус должно быть исключено [374]. 2. Между двухкаиальной изолирующей трубкой и керамическим чехлом, так же как между термоэлектродами и двухкаиальной трубкой, должны быть достаточные, хорошо вентилируемые зазоры. 3. Перед помещением в изолирующую и защитную керамику термоэлектроды должны быть хорошо очищены от остатков смазки и жира. Металлические чехлы должны быть также очищены от грязи, остатков смазки, стружки и др. Перед монтажом все компоненты термопары - термоэлектроды, изолирующую и защитную керамику и чехлы - необходимо отжечь при высокой температуре. 4. Конструкцией термопары должно быть предусмотрено, чтобы термоэлектроды не служили опорой для изолирующей керамики. Это особенно важно для термопар, устанавливаемых вертикально. 5.2.2, ТЕРМОПАРА ПЛАТИНОРОДИИ (30 % Rh)- ПЛАТИНОРОДИИ (6 % Rh) ПРЗО/6 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1800 С Основные свойства и назначение Термопара ПРЗО/6 предиазначена для измерения температуры в окислительных и нейтральных средах до 1600°С (длительно) и 1800 °С (кратковременно). Возможно использование в вакууме. Термопара обладает линейной термоэлектрической характеристикой при температурах выше 1200 °С с чувствительностью 10,5-11,5 мкВ/°С и хорошей стабильностью т. э. д. с. при длительном применении прн высоких температурах. Малая чувствительность в области температур О-100 °С делает возможным применение термопары без удлиняющих проводов. По сравнению с термопарами ПРЮ/О и ПР13/0 термопара ПРЗО/6 развивает несколько меньшую т. э. д. е., но может измерять более высокие температуры, механически более прочна, менее склонна к росту зерна и охрупчиваиню, менее чувствительна к загрязнениям и более стабильна прн высоких температурах. Термопара нашла широкое применение в металлургии, промышленности огнеупоров, стеклоплавильной, цементной и вытесняет , термопару типа ПРЮ/О везде, где требуется длительно измерять температуру выше 1400 °С. Термопары ПРЗО/6 служат не только в качестве чувствительных элементов рабочих термометров, но и образцовых. Близкая по свойствам термопара ПР20/5 [166-168] получила гораздо меньшее распространение, так как по совокупности свойств несколько уступает термопаре ПРЗО/6. Градуировочная таблица термопары ПРЗО/6 принята единой в стандартах многих стран мира: это зафиксировано в стандартах СЭВ (СТ СЭВ 1059-78) и МЭК (584-1.1977). Градуировочная таблица термопары отечественного производства установлена ГОСТ 3044-77*. Термоэлектродная проволока для нее изготавливается по ГОСТ 10821-75. * Градуировочная таблица термопары ПРЗО/6 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 сплавов для термоэлектродов термопары ПР3016 по ГОСТ 10821-75 (табл. 5.23). ТАБЛИЦА 5.23
Ниже подробно описываются свойства термопары ПРЗО/6 по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977. Т. э. д. с. термопары и термоэлектродов Интегральная т. э. д. с. термопары ПР3016 по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977 и ее термоэлектродов относительно платины (табл, 5.24). Дифференциальная т. э. д. с. термопары ПРЗО/б и ее термоэлектродов относительно платины (табл. 5.25). ТАБЛИЦА 5.24 ТАБЛИЦА 5.25
Примечания: I. Сплавы ПРЗО и ПР6 положительны отиосительио платины. 2. Температура свободных концов -0°С.
JO) - ) 1Л о г-О см - TJ, О - со о - то о о о 5 а> ) см о СХ) ю 03 о ю о о 05 см Ю со . о со о о о со со о о ю см о о см ООО см со сз5 ООО о со СХ) о со о о - <о о (S cDCMCcooococootooiO) - оо Tj,CJ>COCOttTj,cX)00COCOt-.Tj, - -tcooootcocotcx)a>-.со-* о -- CM со со Tf ю со (Ссх) а>-Гссо COOCMCOt-OOt-~.COTfCOTf -CJ>in00tCMCMcpCMCJ>VO tcOTj, S- felfStcOU0incDScX)O- со о - - CMCOCOTj,inCOtcX)CJ>- СМСО сг>иО--ОСХ)СХ)СМГ^Ю- COCX)tCOCJ> coc3>-oocMpcgcx)t>CM - Tt-2tco C0OC0CMCJ>tU0Tj,Tj,inC0tc3>O o - - cm cm CO Tf lO CO t>r CX) (?> о cm CO CMcX)OTfioCOTfTfTfT7 TfQCJ - - - iocMtc75t-ocoaiiocM OOCOTfCOCOTflOCOtC75- CO CO CO CO о Ю о - - CMCMC0Tj,U0C0tcX)CJ>O- CO COCMinOCMCOCOtCO CJ> о о о 00 Tf CX) CJ> --- , . uooin - tuococMCMcocomcoooo ) g CJ> CM 00 o - - cMcMcoTj,mcotoocj>o - CO - tOCOOCOOOCMCMCMCOinOOUOCM СОЮЮСО - cocjiOtOOOOinCMCJi UOCJiTfOrCMCM- CMCMrfUOrOO oo - CMCMC0Tfinc0t00CJ>O - CM lOorooicDroeN - oo - (NtJCOC oo--<NC0T**iOl0C000aiO-<n (MOl - - lOE-COlOOrfOO СХ)Юа100т^(МЕ-0010СО- (NOOTjCMOOCOOOCTiOeNOOiC oo- - imc0l0x>t>,cx)o-o) Tj,00 ООО о о OOOO о о о - - CM со1С со 00 CJ о - CM со Tf ю со ао со со - - о гг со со ю см Tf о:) ю со 00 CJ со 1С Ю со 00 Ю С75 ио см 00 tftojttf - C3i00tt-00CJ>OCMrf LC о о - - CM со со Tf Ю со 00 о - CM со о .,5 < о и к м 2 о Й у о н * о. а к о; :i S и SOO. ю с о Си ffl . с CJ с( а га к s ь- > - со й ..7- °>P3fc го fmm о. o, с о Влияние химического состава на т. э. д. с. Химический состав сплавов поддерживается обычцо на уровне 29,60±0,2 % для ПРЗО и 6,12±0,02 7о для ПР6 [23]. Изменение концентрации родия на 0,1 % в сплаве ПРЗО приводит к изменению т.э.д.с. на 15 мкВ при 1500°С; такое же отклонение т.э.д.с. в сплаве ПР6 вызывается изменением концентрации родия в 0,01 %. В обоих случаях уменьшение содержания родия ведет к уменьшению т.э.д.с. относительно платины [210-211]. Градуировочная таблица и точность термопары Градуировочная таблица термопары ПРЗО/б по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977 (табл. 5.26). Аппроксимирующий полином. Зависимость т. э. д. с. Е, мкВ, от температуры t, °С, термопары ПРЗО/6 по стандартам СТ СЭВ 1059-78 и МЭК 584-1.1977 может быть аппроксимирована 3 диапазоне О-1820 С полиномом: где ао=0; ai=-2,4674601620-Ю-; а2=5,9102111169-10~3; а,= =-1,4307123430-10-6; 04=12,1509149750-10-; а5=-3,1757800720Х X10-12; ав = 2,4010367459-10=; 0?=-9,0928148159-10-; ав= = 1,3299505137-10-2 ТАБЛИЦА 5.27 Репериые (постоянные) точки Таяния льда ..... Феноксибензола, тройная Кипения воды .... Бензойной кислоты, тройна Затвердевания индия . олова . висмута кадмия свинца . Кипения ртути . . . Затвердевания цинка , Кипения серы .... Затвердевания эвтектикиСи-А1 Затвердевания сурьмы алюминия серебра золота . меди никеля кобальта палладия платины
Т. э. д. с. и чувствительность термопары в постоянных точках МПТШ-68 (табл. 5.127). Допускаемые отклонения т.э.д.с. По СТ СЭВ 1059-78 пределы допускаемых отклонений т. э. д. с. Af, мВ, от значений, указанных в градуировочной таблице, должны определяться по уравнению: AE=±la + b{t-c)]- , где t - температура рабочего спая; dE/dt - чувствительность термопары при температуре t; а, b и с - коэффициенты, имеющие следующие значения: Диапазон температур От 300 до 600 °С Свыше 600 до 1800 °С а 3-°С-1 3-°С-1 о 5-10-8 с О 600- С-* Пределы допускаемых отклонений т. э. д. с. термопар ПРЗО/6 по ГОСТ 3044-77 от значений т. э. д. с. градуировочной таблицы вычисляют с помощью формулы Д£= ± [о,01-1-3,3-10-5 ( зоО)], где t- температура рабочего спая. Значения допускаемых отклонений т. э. д. с. термопары ПРЗО/6 в стоградусных точках по СТ СЭВ 1059-78 и ГОСТ 3044-74 приведены в табл. 5.28. Точность термопары. Согласно общесоюзной поверочной схеме по ГОСТ 8.083-73 доверительная погрешность образцовых термоэлектрических термометров второго разряда с термопарами ПРЗО/6 в интервале 600-ISOOX составляет (0,5-4,0) К, а третьего разряда- (1,0-7,0) К. ТАБЛИЦА 5.28
Точность рабочих термопар ПРЗО/6 - предел абсолютной допускаемой погрешности 6 = 0,44-14 К (ГОСТ 8.083-73). В работе [18] погрешность термопар ПРЗО/6 оценивается в 1 °С при 1100 °С, в 2°С при интервале 1100-1500С и 3°С в диапазоне 1500-1700°С. Эта оценка согласуется с выводами работы [210], согласно которым неопределенность измерения температуры термопарой ПРЗО/6 не превышает ±2°С прн 1400 °С и достигает ±3 или 4°С при 1750 °С. Такого же порядка значения максимально достижимой точности, прнведениые в работе [И]. Рекомендуемые рабочие атмосферы и интервал рабочих температур. Срок службы (технический ресурс) Термопары используются для измерения температуры в окислительных и нейтральных средах, а также в вакууме. Максимальная температура применения лимитируется температурой плавлеиия отри цательного термоэлектрода, которая равна около 1820°С, и обычно устанавливается равной 1800°С (ГОСТ 3044-77 и ГОСТ 6616-74). По данным [210], термопарой ПРЗО/6 можно пользоваться при 1800 °С в течение нескольких часов. Некоторые авторы ограничивают предельную температуру применения термопары ПРЗО/6 1760- 1770 °С, считая, что она должна быть но крайней мере на 50 °С ниже температуры солидуса сплава ПР6. По гост 3044-77 термопарой ПРЗО/6 можно длительно измерять температуру до 1600 °С. Согласно другим источникам [49, с. 1697-1734; 212], в том числе и официальным [И], максимальная температура длительной эксплуатации термопары 1700°С. В работе [210] указано, что при температурах до ~1750°С термопара ПРЗО/6 может работать в течение сотен часов. Термопарами ПРЗО/6 непрерывно измеряют температуру лсидкой стали (/= 15004-1700 °С) в течение 3-4 ч. Данные о времени измерения лимитируются стойкостью зашиты и арматуры, см., например, работы [1213, 214]. Термопарами не следует пользоваться в восстановительных атмосферах и в атмосферах, содержащих пары металлов и неметаллов, без иадежной защиты. Термоэлектрическая стабильность Согласно общепринятому мнению термопары ПРЗО/6 гораздо более стабильны, чем термопары типа ПРЮ/О, однако экспериментальных подтверждений этому сравнительно мало. Стабильность в окислительной атмосфере Термопары ПРЗО/6 в процессе эксплуатации всегда уменьшают т.э.д.с. Так за ~300 ч при 1700°С показания уменьшаются примерно на 5 С [14, с. 45]. По данным [172], нестабильность такой же величины обнаружена у термопары ПР20/5 в аналогичных условиях. По данным [243], термопары ПРЗО/6 при температурах до 1700°С изменяют т.э.д.с. со скоростью 0,25 мкВ/ч. Исследования [163] показали, что термопары ПРЗО/6, будучи изолированы алун-довой керамикой, содержащей даже сравнительно большое количе- ство примесей железа и кремния, изменили свои показания после 240 ч пребывания при 1380 °С меньше, чем на 0,2 С. Те же термопары в керамике высокой чистоты после 120 ч пребывания при 1730°С обнаружил дрейф всего в -0,3°С (измерено при 1380°С). По данным [157], термопары ПРЗО/6 после 500 ч нагрева при 1400 °С сохраняют свои показания неизменными в пределах точности измерения. Некоторые работы, в которых был обнаружен значительный дрейф термопар ПРЗО/6 [175, 198], по-видимому, утратили свое значение, так как в них использовалась недостаточно чистая керамика. Результаты работы [163] дают основание сделать вывод, что величина дрейфа не зависит от диаметра электродов. Стабильность т. э. д. с. термоэлектрических термометров с термопарами ПРЗО/6 серийного производства обычно несколько превышает дрейф чувствительных элементов. На основании работы [85] данные по стабильности термометров приведены в справочном приложении к гост 6116-74. Стабильность в восстановительных средах. Восстановительные среды с высоким углеродным потенциа-ло.м сильно изменяют т. э. д. с. термопар ПРЗО/6, но меньше, чем т. э. д. с. термопар ПРЮ/О. Влияние этих сред усиливается с ростом температуры и увеличением времени пребывания в них термопар (рис. 5.20). Стабильность в инертных средах и вакууме. Термопара ПРЗО/6 (изоляция AI2O3) в вакууме величиной 2-10-5 Па за 350 ч при 1300° изменили показания ие более чем на ±5 °С, а после дополнительного пребывания при 1450 °С в течение 1012 ч -не более чем на ±8 С [190]. По данным [157], в вакууме 1,3-Ю- Па термопара ПРЗО/6 (диаметр электродов 1 м.м, изоляция ВеО) после пребывания при 1500°С в течение 200 ч ие изменила показаний при 1200°С в пределах точности поверки. В вакууме 1,3-10 Па срок службы термопар (диаметр электродов 0,5 мм) при 1330 °С составил 3-4 тыс. ч, при этом дрейф оказался равным - (3-5) °С, т.е. примерно равным дрейфу термопары ПР13/0 [45, с. 1645-1662]. В аргоне (<0,0002 % о2, 0,0005 % н2о) нестабильность термопары ПРЗО/6 при 1330 °С примерно вдвое меньше, чем термопары ПР13/0, так, дрейф за 10 тыс. ч составил -13 и -23°С соответственно [45, с. 1645-1662]. Данные [163] о стабильности термопары ПРЗО/6 в аргоне при 1380 С несколько превосходят приведенные выше. При 1660 °С дрейф за 120 ч (измерение при 800 °С) составлял -10 °С. См. также данные [158]. Стабильность при из.черении температуры жидких металлов. Согласно [157] термопары ПРЗО/6 показывают высокую стабильность при измерении температуры жидкой стали: ±5-7°С после ~110 погружений без обновления горячего спая. В работе [201] приведе-  т 700 т то mot;с Рис. 5.20. Изменение т. э. д. с. термопары ПРЗО/6 после нагрева при 1400 °С в восстановительной среде (9 % СО2, 7 % СО. 7 % Нг, 75 % N2, 2 % СН.и др.). Цифры у кривых -время нагрева, ч [200)  ны результаты одновременных испытаний стабильности термопар ПРЗО/6, ПРЮ/О п ПР13/1 прн измерении температуры жидкого металла (рис. 5.121). Указывается, что при измерении температуры металла в мартеновских и дуговых печах число измерений на одном спае можно довести до 20-35 без заметных изменений т. э. д. с. термопары, причем оно ограничено не стабильностью, а механическими свойствами термоэлектродов. Непрерывный контроль температуры металла в большегрузных мартеновских печах с помощью термопары ПРЗО/6 в течение 2-4 ч Рис. 5.21. Дрейф термопар ПРЗО/6, ПРШ/О и ПР13/! при измерении температуры жидкой стали [20Ц Число погрумений давал расхождение с контрольными данными на 3-5°С (время контроля лимитируется стойкостью защитных чехлов) [215]. По другим данным [213], термопара ПРЗО/6 не меняет свои показания в течение непрерывного измерения температуры в мартеновских печах в течение 200-250 мин при 1500-1650 °С. Термоэлектрическая однородность термоэлектродных сплавов Согласно ГОСТ 10821-75 неоднородность проволоки из сплавов ПР6 и ПРЗО контролируется при их выпуске измерением т.э.д.с. относительно образца сравнения при 1200±20°С через каждые 5 м по всей длине каждого мотка (катушки). При этом размах значений т. э. д. с. не должен превышать для сплава ПР6 20 мкВ, а для ПРЗО Ю мкВ. По данным [221], местная неоднородность, измеренная при 850 °С методом точечной печи для обоих сплавов (выпуска 1966-1967 гг.), достигает 10 мкВ. См. гл. 8. Физические и механические свойства термоэлектродных сплавов Температура плавления, °С.........ЮЮ Плотность, кг/м'............. 17 600 Удельное электросопротивление при 20 °С, Ом X Хм-Ю .................Ю,4 Отношение электросопротивления при температурах t к электросопротивлению при 20 °С. Значения t, °С: ЮО................. 1,11 200 ................. 1,23 300 ................. 1,36 400 ... .............. 1,49 500 ................. 1.62 ПРб 1820 20 600 17,5 1,13 1,29 1,45 1,61 1,77 600 ................. 700 ................. 800 ............... 900 ................. 1100................. 1100................. 1200 ................. 1300 ................. 1400 ................. 1500 ................. 1600 ................. Средний температурный коэффициент линейного расширения (20-1500 °С), °С--Ю ..... Относительное Твердость по удлинение, %
Удлиняющие провода к термопаре Обычно термопара ПРЗО/6 применяется без удлиняющих проводов. В некоторых случаях, когда свободные концы термопар нагреваются до 200-400 °С, применяются удлиняющие провода (табл. 5.29).
Рекомендации по изоляции и защите Термопары изолируют и защищают керамикой из AI2O3 высокой чис тоты. Рекомендации по эксплуатации термопар Преждевременный выход термопар ПРЗО/6 из строя из-за снижения прочности, охрупчивания или исключительно большого дрейфа т.э. д с. обычно вызывается теми же причинами, как у термопар ПРЮ/О и ПР13/0 (см. раздел 5.2.1). Однако это происходит значительно реже, так как оба термоэлектрода - платинородиевые' сплавы -подвержены загрязнениям и росту зерна в гораздо меньшей степени, чем платиновый электрод термопар ПРЮ/О и ПР13/0. 5.2.3. ТЕРМОПАРА ПЛАТИНОРОДИИ (40 % Rh) -ПЛАТИНОРОДИИ (20 % Rh) ПР40/20 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1850°С Основные свойства и назначение Термопара ПР40/20 предназначена для измерения температурь/ н окислительных и нейтральных средах при 1700-1800 °С (длительно) и до 1850 °С (кратковременно). Возможна кратковременная эксплуатация в вакууме. Максимальная температура применения термопары является ее единственным существенным преимуществом по сравнению с термопарой ПРЗО/6 и поэтому ею следует пользоваться только в тех случаях, когда действительно необходимо длительно измерять температуры 1700-1800 °С и кратковременно до 1850 °С. Термопара развивает небольшую т.э.д.с. - 4,5 мВ при 1800°С и имеет малую чувствительность - 4,5 мкВ/°С в интервале 1500- 1800°С, в котором зависимость т.э.д.с. от температуры почти линейна. По всем остальным характеристикам, например стабильности, механическим свойствам при высоких температурах, она близка к термопаре ПРЗО/6. Термопара не требует примеиеиия удлиняющих проводов и поправок иа температуру свободных концов. Термоэлектродная проволока для термопары ПР40/20 поставляется по техническим условиям. Термопара ПР40/20 была создана в связи с разработкой методов измерения температуры жидкой стали специальных марок, технология производства которых предусматривает нагрев выше 1700°С [173]. Анже приводятся сведения о термопарах ПР40/20 по данным [174]. Материал термоэлектродов (термоэлектродные сплавы) Марки и химический состав сплавов для термоэлектродов термопары ПР40/20 (табл. 5.30). Влияние химического состава на т. э. д. с. термоэлектродных сплавов. Согласно [211] колебания ±0,1 % в содержании родия в
* Pt - остальное. сплаве ПР20 вызывают изменения т.э.д.с. ±0,016 мВ, а в сплаве ПР40 ±0,006 мВ (при 1200°С). Уменьшение содержания родия приводит к уменьшению т. э. д. с. сплавов относительно платины. Т. э. д. с. термопары и термоэлектродов Интегральная т.э.д.с. термопары ПР40/20 и ее термоэлектродов относительно платины (табл. 5.31). Дифференциальная т. э. д. с. термопары ПР40/20 и ее термоэлектродов относительно платины (табл. 5.Э2). таблица 5.31 таблица 5.32
Примечания: !. Таблица составлена по данным [174]. 2. Сплавы ПР40 и ПР20 положительны относительно платины. 3. Температуры свободных концов О С. 4. Цифры в скобках - экстраполированные значения. Градуировочная таблица и точность термопары Градуировочная таблица термопары ПР40120 (табл. 5.33).
10-330 1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 18 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||