Главная
>
Продольные короткозамкнутые термоэлементы производятся относительно температуры свободных концов (см. рис. IX. 1) с компенсацией влияния небольших изменений температуры свободных концов иа результат измерения. Типичная конструкция промышленной термопары приведена на рис. IX.2. По интервалу измеряемых температур термопары разделяют на низкотемпературные (до 300°С), средиетемпературные (до 1600°С) и высокотемпературные (выше 1800° С) [9], Температура определяется нз развиваемой ЭДС £ = а(Г;,-Г1) (IX.2) для дифференциальной термопары и Е = а(Тх-То) (IX.3) для термопары, у которой свободные концы находятся при одинаковой температуре Т . Здесь а - коэффициент термоЭДС, Тх - измеряемая температура, - температура термостатированного спая. Формулы (IX.2), (IX.3) справедливы только для а, не зависящего от температуры. Учет температурной зависимости описывается степенным рядом, коэффициенты которого определяются экспериментальным путем. Показания термопар определяют по градуировочным таблицам. Рис. IX.2. Конструкция промышленной термопары: / -. спай; 2 - электрод; S - электроизоляция; 4 =. защитная арматура; S клеммная колодка. Градуировка термопар производится по эталонным термометрам сопротивления, эталонным термопарам, оптическим пирометрам. Применяют также градуировку по реперным точкам (см. Приложение) [23]. Для обеспечения точности, надежности и удобства измерений термопары должны обладать: стабильностью во времени при воздействии температуры в заданном интервале, воспроизводимостью для обеспечения их взаимозаменяемости, по возможности большой термоЭДС и малой ее зависимостью от температуры, стойкостью к окислению, механической прочностью, однородностью ветвей для уменьшения влияния распределения температуры на показания термопары, технологичностью при изготовлении материалов для обеспечения их воспроизводимости и взаимозаменяемости [9]. Точность измерения температур термопарами кроме неустранимых температурных шумов [19] ограничена рядом погрешностей, среди которых наибольшую роль играют погрешности, обусловленные процессами, протекающими в ветвях при повышенных температурах (диффузией примесей, изменением концентрации и движением дефектов, изменением состава ветвей, загрязнением, испарением, окислением поверхности или восстановлением, ростом зерен и т. д.), искажениями, вносимыми термопарами в температурное поле измеряемого объекта, и влиянием внешних электрических и магнитных полей (иногда давлением). Для измерений в большинстве случаев используют стандартные термопары (табл. IX. 1), однако применяют и такие, для которых не существует соответствующей нормативной документации. Нестандартными термопарами могут решаться задачи расширения пре-. делов измерений, повышения точности, измерения температуры в специальных условиях и т. д. § 1. Стандартные термопары 1. Стандартные термопары, применяемые в СССР Термопары с хромель-алюмелевымы электродами. Положительный электрод-хромель, отрицательный - копель, диапазон измеряемых температур при длительном применении от -50 до 1000° С, предельная температура измерений при кратковременном применении до 1300°С. Градуировка термопары приведена в табл. IX.2. Погрешности показаний в процессе эксплуатации обусловлены рядом причин. Среди них наиболее существенными являются рекристаллизация материала ветвей при повышенных температурах, рост зерен, окисление и диффузия, вызванная изменением состава материала в поверхностных слоях [9]. В начальные периоды работы (300-400 ч) термоЭДС термопар может возрастать на 1,5-2,0% из-за рекристаллизации. Интенсивный рост зерен происходит при температурах выше 500° С в течение 500 ч; при 1000° С площадь зерен возрастает в 50-100 раз. При температурах выше 500° С окисление протекает интенсивно и вызывает на глубинах до 0,3 мм изменение состава ветвей, параметров кристаллической решетки и соответственно уменьшение термоЭДС [25-27] (на 4-6% при температурах около 1000° С). Глубина проникновения окисления зависит от условий эксплуатации. При циклических нагревах интенсивность окисления возрастает, особенно у алюмеля, где оксидная пленка легко отделяется при охлаждении и создает благоприятные условия для дальнейшего окисления при следующем цикле разогрева. На стабильность термопар оказывает влияние окружающий электроды электроизоляционный материал. Исследования при больших выдержках дали следующие результаты: при нагреве иа воздухе до 800° С в течение 10 000 ч для хромеля диаметром 0,7 и 1,2 мм изменение термоЭДС составляет 240 и 160 мкВ соответственно, для алюмеля - 150 и 80 мкВ. Аналогичные исследования пар диаметром 0,7 мм дали отклонения 270 мкВ или 6,7 К, а диаметром 1,2 мм -240 мкВ или 6 К. Термопары с хромель-копелевыми электродами. Применяются для измерений температуры в интервале от -50 до 600° С, а при крат- < Пределы и точность измеряемых температур (°С) Таблица IX.1
Продолжение табл. XI. 1
|