5.6. Термопары. Часть 2

Термопару из вольфрама и сплава, содержащего 75% W и 25% Мо, можно использовать в температурном интервале 2000-3000 °С. Ниже 2000 °С она имеет очень малое значение т.э.с.

Каждую высокотемпературную термопару следует калибровать самостоятельно.

Термопары из тугоплавких неметаллических соединений применяют в лабораторной практике сравнительно редко. Термопара графит - карбид кремния (рис. 98, а) имеет т.э.с. 508 мВ при 1700 °С и работоспособна до 2700 °С. Срок ее службы 115-120 ч, а погрешность ±10 °С.

В окислительной атмосфере графитовый стержень 7 разрушается из-за проникновения газов-окислителей через стенки трубки 4 из SiC. При измерениях температуры выше 1800 'С трубка должна быть наполнена аргоном или азотом. Калибровка термопар. Термопары калибруют по опорным реперным точкам Международной практической температуры шкаты 1968 г. (МПТШ-68) для давления 101325 Па (табл. 13). J

Рис. 98. Графит-карбидкремниевая термопара (а) и график функции V = f(t) для нагревания (б) и охлаждения (в) реперного вещества: 1 - графитовый стержень; 2 - пробка из Al2O3, 3 - металлизированный контакт; 4 -трубки из SiC; 5 - пробка из SiC

В качестве высокотемпературных реперных точек принимают температуры плавления (tпл) в oC: Ni (1455), Pd (1554), Rh (1963), Ir (2447), W (3387). Градуировку термопар проводят также по tпл веществ, которые могут быть получены в чистом виде: МnCl2*4Н20 (58,089), нафталин (80,3), йодоформ СН13 (119,0), KNO3 (334,5), K2Cr207 (397,5), КС1 (771), NaCl (801,0) и K2SO4 (1069+3).

Калибровка термопар заключается в построении графика V=f(τ), где τ - время (рис. 98, б, в). Термопару в защитном чехле погружают в порошок реперного вещества, находящегося в тигле, чтобы спай термопары находился в центре массы реперного вещества. Тигель помещают в тигельную печь и медленно повышают температуру, отмечая через каждые 20-30 с показания милливольтметра.

Во время плавления реперного вещества показания прибора не изменяются и на графике V = f(τ) появляется горизонтальная площадка (см. рис. 98, в) отвечающая температуре плавления взятого вещества. Строят четыре-пять таких графиков, меняя реперные вещества. Затем по полученным данным на миллиметровую бумагу наносят калибровочную кривую, связывающую показания милливольтметра для площадок кривых V — Дт) с температурой плавления использованных реперных веществ. По полученной калибровочной кривой данной термопары и находят затем неизвестные температуры по показаниям милливольтметра. После калибровки уже нельзя менять милливольтметр. Если точно известно, из каких металлов или сплавов изготовлена термопара, и есть проверенный милливольтметр, то для определения неизвестных температур используют данные табл. 8-12.

Правильность построения графиков V = f(τ)проверяют, охлаждая расплав реперного вещества и отмечая через равные промежутки времени показания милливольтметра (см. рис. 98, б). Площадки на кривых нагревания и охлаждения должны отвечать одному и тому же показанию милливольтметра. Правда, на кривой охлаждения (см. рис. 98, б) может появиться минимум, вызванный переохлаждением расплава, т.е. запаздыванием начала кристаллизации вещества. Кроме того, по мере удаления спая термопары от центра массы реперного вещества к стенке тигля размер площадки на кривых нагревания и охлаждения, как правило, сокращается, что увеличивает погрешность калибровки термопары. Скорость нагревания и охлаждения тигля с реперным веществом не должна быть больше 5-15 град/мин.

Кривые V = f(τ) удобно записывать не по визуальным наблюдениям, а с помощью саморегистрирующих приборов, позволяющих вести непрерывные измерения.

В интервале температур от -30 до +300 °С калибровку термопар можно проводить по эталонному стеклянному ртутному термометру. Для этого "горячий" спай термопары и термометр помещают в пробирку с силиконовым или минеральным маслом, которую погружают в термостат с заданной температурой. Через 5-10 мин записывают показания гальванометра и термометра. Затем меняют температуру в термостате и проводят новое измерение.

Дифференциальные термопары применяют для измерения разности температур. Термопара состоит из двух ветвей 3 одного и того же- проводника (рис. 99, а), например из сплава константан, и соединительного медного провода 4, если использовать медь-константановую термопару. "Горячие" спаи термопару погружены в сосуды 5 и 6 с разными температурами (t1noeq t2) Показания гальванометра 1 дадут значение разности температур t2~ 1\.

"Холодные" спаи дифференциальной термопары не обязательно помешать в сосуды Дьюара 2 со льдом, достаточно того, чтобы они имели одинаковую температуру.

Батарея термопар. Чувствительность измерения температуры объекта при помощи термопар можно существенно повысить,если их объединить в батарею (рис. 99, б).

Рис 99- Схема установки с дифференциальными термопарами (а) и батарея термопар (б)

Для создания батареи термопары соединяют последовательно, помещая все "горячие" спаи 3 в место измерения температуры К, а "холодные" спаи 2, изолированные друг от друга небольшими пробирками, погружают в сосуд Дьюара с ледяной кашицей (t = 0). Чувствительность батареи повышается примерно во столько раз, сколько взято термопар, если пренебречь увеличением сопротивления всей цепи. Изоляция отдельных спаев термопар друг от друга должна быть надежной. Экспериментаторы, применяющие батарею термопар, часто испытывают затруднения в связи с появлением паразитных токов неизвестного происхождения. Эти токи можно уменьшить, если защитить милливольтметр и проводники, соединяющие его с батареей, тепловой изоляцией. Видимо, появление паразитных токов вызвано не гомогенностью соединительных проводов (примеси, аморфные включения, механические напряжения и т. п.).

 

Другие части:

5.6. Термопары. Часть 1

5.6. Термопары. Часть 2

 

 

К оглавлению