Таблица IX.26

Градуироеочная таблица термопары вольфрам-молибден. Свободные концы при 0° С [20]

f. с

Е, мВ

f. С

Е, ыВ

состав после температурных воздействий изменяется незначительно. При высоких температурах в сплавах наблюдается возрастание концентрация рения из-за испарения вольфрама. Для стабилизации электродов из сплавов применяется температурный отжиг: R работе

£мВ

£мВ

О 400 800 1200 1600 2000 ГС

Рис. IX.10, ТермоЭДС термопар Та-Mo(i) и Mo -Ti (2) [9]. Рис. IX.11. ТермоЭДС термопар из вольфрама и рения:

/ - Re - W; 2- W + 5% Re- W + 20% Re; в W -J- 10% Re -f- 20% Re; Re- W-b 30% Re [9].

[9] всесторонне исследовано влияние различных сред и огнеупорных материалов на стабильность вольфрам-рениевых электродов.

Термопары из сплавов рения и вольфрама могут применяться для кратковременных измерений до 2500° С в углеродной атмосфере без специальной защиты. Сведения о свойствах термопар приведены в табл. IX.25 и на рис. IX.11.

Термопары с электродами из вольфрама и иридия надежны при измерениях температур до 2100° С. ТермоЭДС при этой температуре

составляет 41,5 мВ, температурная зависимость термоЭДС почти линейная. Стабильность высокая, термоЭДС сохраняется постоянной в течение 120 ч в атмосфере гелия прн 2100° С. В окислительной среде необходимо вокруг вольфрама создать защитную атмосферу.

Термопара с электродами из вольфрама и графита имеет простую конструкцию - это графитовая труба с помешенным внутри вольфрамовым стержнем. Можно производить измерения температуры в расплавленных металлах даже при разрушении горячего спая замыканием электродов расплавом. Разработана технология получения углеграфитовых электродов с заданными термоэлектрическими параметрами [9].

О -10.

О 400 800 1200 1600 2000 ГС

Рис. IX. 12. ТермоЭДС термопар из тугоплавких сплавов, содержащих вольфрам:

/ W - Та; 2 - W - Т1 [91-

Рис. IX.13. ТепмоЭДС термопар из тугоплавких сплавов, содержащих рений:

; - Не - Мо; 2 - Re - 1Ло + 60% Re [9].

Сведения о других термопарах (W - Nb, W - Та, W - Ti) приведены в табл. IX.25 и на рис.-IX.12.

Термопары с электродами, содержащими рений. В зависимости от компонентов эти термопары могут применяться для измерения при различных, в том числе и значительных, максимальных температурах. Термопара из Re + 10% Ru -Re-f 12% W сохраняет высокую чувствительность прн температурах до 2500° С. Вариант такой термопары использован для определения температуры сопл реактивных двигателей и головок управляемых снарядов .при входе в плотные слоя атмосферы. Для рзмерений при очень высоких температурах рекомендованы термопары Re - W + 30% Re и Re - Мо + + 50% Re. Сплавы, содержащие рений, сохраняют удовлетворительные механические свойства при высоких температурах, поэтому тер- мопары на их основе применяются в условиях повышенных вибро-и ударных воздействий. Свойства некоторых термопар приведены в табл. IX.25 и на рис. 1Х.13 [9].

Термопары с электродами из иридия и родия. Эти термопары наряду с вольфрам-иридиевыми являются одними из самых надежных. Максимально измеряемые температуры - до 2100° С, точность ± 10° С. При 1400°С значение термоЭДС -7,55 мВ, при 1600° С-8,66, при

1800°С-9,79, при 2000°С-10,94 мВ [9]. Для работы термопар необходима защитная атмосфера; кратковременно могут использоваться и на воздухе В слабоокислительных средах могут работать продолжительное время: в среде, содержащей 2% кислорода, при температуре 2000° С параметры изменяются несущественно в течение 50 ч. На воздухе при этой же температуре термопара разрушается за 12 ч. Фирмой tEngelhard Industries* (США) рекомендованы также термопары 1г -1г + 50% Rh и Ir -1г+40% Rh. Сведения о термопарах приведены в табл. IX.25 и на рис. IX.14.

Термопары с электродами иа основе силицидов, боридов, карбидов и керамик. Подходящими материалами для электродов явля-1 ются силициды некоторых переходных металлов: MoSij, WSij, ReSij. j

Рис. IX. 14. ТермоЭДС термопар с электродами из иридия и родия:

/ - 1г - Rh -1- 30% ir; 2 - 1г - Rh -1-+ 30% ir: а = ir Rh - 40% ir [91.

1200 1600 2000 t°C

Образующийся при нагреве SiOg покрывает ветвь защитным стеклообразным слоем [31]. Целесообразно применение боридов (ZnBj, CrBg) и карбидов (TiC, ZrC, NbC, ТаС, HfC) переходных металлов. На их основе в СССР созданы термопары: MoSia-WSij (ТМСВ-34 ОМ) для измерения температур газовых агрессивных сред и расплавов до 1700° С (коэффициент термоЭДС при температурах выше 600° С около 8 мкВ/К), С -ZrBg (ТГБ11;-35 ОМ) для измерения температур металлических сплавов до 1800° С и науглероживающих газовых сред до 2000° С, С - TiC (ТГБЦ-35 ОМ) для измерения температур до 2500° С в вакууме и различных газовых средах. ТермоЭДС термопар на основе карбидов линейно изменяется с температурой выше 450-500° С, коэ(})фициент термоЭДС около 65 мкВ/К. Термопары из ZrC - NbC и NbC - HfC перспективны для измерения температур до 2500-3000° С [9].

Разработаны термопары на основе керамики и тугоплавкого сплава (вольфрам + 2%-иая окись тория -карбид кремния с добавкой азота). Диапазон измеряемых температур 20-2000° С, стабильность ±0,5% после 25 ч работы при 1500-2000° С, термоЭДС при 2000° С около 350 мкВ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Астров Д. П., Белянский Л. Б. Измерение низких температур. - Физика инз. температур, 1976, 2. № 7, с. 821-848.

2. Бейлин В. М., JleeuH И Медведева Л. А. и др. Термопара для низких температур с электродом нз сплава медьжелезо.-ПТЭ, 1972, Кв 6, с. 215-216

3. Бейлин В. М., Лапп Г. Б., Павлог Б. П. и др. Термопара медь - копель для измерения низких температур.-Измер. техника, 1975, № 6, с. 3,5-36.

4. Бейлин В. М., Медведева Л. Ач РогеЛьберг И. Л., Тарасова Т. Ф. Высокочувствительная термопара Pd + Сг -(- Ru/AuFe для измерения температур 2 200° К.- ПТЭ, 1976, JVs 1, q. 229-230.

Бродский А. Д. Новые методы измерения низких температур.-М.; Л.! СтанДартгиз. 1962.-131 с.

Голубев А. В. Измерение и регистрация температуры в грунтах о помощью термоэлементов.-М. : Наука, 1964.-147 с.

Гордое А. Н. Основы пирометрии М.: Металлургия, 1964.-471 с.

Даншиевский С. К. О термопарах погружения Завод, лаб., 1958, № 12,

с. 1470-1475.

Датчики для измерения температуры в промышленности/ Г. В. Самсонов; А. И. Киц. О. А. Кюзденн и др.-Киев: Наук, думка, 1972.-224 с.

10. Кей Д., Лэби Т. Таблицы физических в химических постоянных.- М.: Физматгиз, 1962.-246 с.

11. Кислый П. С. Перспективы использования тугоплавких соединений Для создания высокотемпературных термопар.- Порошковая металлургия, 1962, № 4, с. БО-65.

12. Медведева Л. Л.,- Орлова М. П., Рабинькин Л. Г. Термопара для измерения низких температур.- ПТЭ, 1970, № 5, С. 208-210.

13. Медведева Л. А., Орлова М. П., Алексахин И. А., Духоелинова Я. Д. Измерение низких температур термопарами иа основе сплава золота о кобальтом.- Тр. ВНИИ физ.-техи. и радиотехн. измерений, 1973, вып. 4, о. 164- 180.

14. Медведева Л. А., Орлова М. /7., Рабинькин А. Г. Измерение низких температур термопарами на основе сплава золота о железом.- Тр. ВНИИ физ.-техи. и радиотехн. измерений, 1973, вып. 4, о. 181-192.

15. Мендельсон К. Физика низких темпе1затур.- М.: Изд-во иностр. лит., 1963-< 230 с.

16. Методы измерения температуры: В 2-х ч. Ч. II .М.: Изд-во иностр. лнт.,

1954.-469 с.

17. Олейникова Л. Д., Олейников П. П., Трахтенберг Л. И. Стабильность термопар W + Б% Re/W+ 20% Re в атмосфере аргона.- В кн.: Теплофизическне свойства твердых тел прн высоких температурах. М., 1969, т. 1, с. 27-31.

18- Орлова М. П. Низкотемпературная термометрия.-М.: Изд-во стандартов, 1975.-160 о.

19. Павлов Б. П. О максимальной информационной способности контактных термоприемников.-Измер. техника, 1970, № 9, с..56-57.

20. Плетенецкий Г. Е. Градуировочная характеристика вольфрам-молибденовой термопары.-ПТЭ, 1971, № 2, с. 251-252.

20а Преобразователи термоэлектрические: Градунровоч. табл. ГОСТ 3044 -77..= Введ. 01.01.1979.

21. Приборы вдя измерения температуры: Каталог.-M.S ЦНИИТЭИ приборо-CTpoeimn, 1975.- 123 о.

22. Приборы н методы физического металловедения.-М.: Мир, 1973. Вып. 1.- 427 с.

23. Поверка приборов для температурных и тепловых измерений.- М.: СтанДартгиз, 1965.-708 с.

24. Пятрашка В. В., Семяненка Ю. А. Термопары для измерения малых разностей низких температур-Изв. АН БССР. Сер. физ.-мат. иаук, 1976, №1, с. 93-95.

25. Рогельберз И. Л., Нужное А. Г., Покровская Р. Н. и др. Исследование сплавов алюмель и хромель, легированных кобальтом.- В кн.: Исследование сплавов для термопар.- М., 1964, т. 1, с. 101-114.

26. Рогельберг И. Л., Нужное А. Г., Покровская Р. Н. и др. Стабильность термо-электро движу щей силы термопар хромель - алюмель при нагреве на воздухе при температурах до 1200 С- В кн.: Исследование сплавов для термопар.-М., 1967, т. 2, с. 54-65.

27. Рогельберг И. Л. К вопросу о верхнем температурном пределе применения термопар хромель-алюмель.-В кн.: Исследование сплавов для термопар.- М.. 1969, т. 3, с. 47-55.

28 Рудницкий А. А. Термоэлектрические свойства благородных металлов и их сплавов.-М.1 Изд-во АН СССР, 1956.-148 с. 29 Рудницкий А. А., Тюрин И. И. Исследование и выбор сплавов для высоко-температурных термопар.-ЖНХ, 1956, 1, № 6 о. 1074-1090. 30 Рудницкий А. А. Устойчивость показаний термопар из благородных метал-

. yvifvi*.* п. гг. 4iunHtiU*JMlb пикцэынии Tepi

лов.-Измерение температур жид. металлов, 1960, № 42, с. 39-43.

31. Самсонов Г. В., Кислый П. С. Высокотемпературные неметаллические термопары и наконечники. Киев: Наук, думка, 1965.- 181 с

32. Сирота Н. Я., Петрашко В. В., Семененко Ю. А. Температурная зависи-медь - золото -f 0,035 атомн. % железа н хромель - золото

t-so ?- железа термопар. Докл. АН БССР, 1976, 19, № 7,

33. Словинский М. П. Физико-химические свойства элементов.М.: Метал, лургиздат, 1952.-764 о.

34. Смителлс К. Д. Вольфрам.-М.: Металлургнздат, 1958.-414 с.

35. Стаднык Б. И.. Сомсонов Г. В. Термопары для измерения высоких темпера, тур-Теплофизика выс. температур, 1964. 2, Ка 4, с. 634-647.

36. Стаднык Б. и.. Лох В. И., Паляньщя И. Ф. А. с. 186734 (СССР). Термопара- Опубл. 25.10.66 .

37. Тарасова Т Ф., Рогельберг И. Л., Гильденгврн И. С. Термопары из сплавов, содержащих палладий.- В кн.: Исследование сплавов для термопар. М..-1969, т. 3. с. 140-150. ж v у .

38. Уайт Г. К. Экспериментальная техника в физике низких температур.-М.: Физматгнз, 1961,-368 с.

39. Thermocouple reference table. Draft. International electrotechnical commision, 65 В Geneva: Central Office. 1975.-91 p.

Главах. ТЕРМОГЕНЕРАТОРЫ

Термоэлектрические источники электрической энергии - термогенераторы - классифицируют по следующим основным признакам: по источнику тепловой энергии - генераторы на химическом топливе, солнечные, изотопные, реакторные (на ядерном топливе); по условиям эксплуатации - наземные, подводные, космические; по назначению - для питания радиоаппаратуры, космических объектов, буев, бакенов, маяков, метеорологических станций, для катодной защиты и др.

Термоэлектрические генераторы описывают следующими основными параметрами:

коэффициенпюм полезного действия (КПД), %;

развиваемой электрической мои1,ностью, Вт, кВт;

развиваемым электрическим напряжением. в;

током при номинальной нагрузке. А;

ресурсом, ч, год;

изменением параметров за определенное время, %; массой, кг;

габаритными размерами, мм.

Термоэлектрические генераторы описываются также климатическими условиями работы (допустимым интервалом температур окружающей среды, ° С; скоростью ветра, м/с; относительной влажностью, %; давлением, мм рт. ст.; для подводных генераторов - максимальным давлением, атм); стойкостью к механическим перегрузкам, специфическими условиями работы (например, давлением горючего газа для генераторов катодной защиты газопроводов или генераторов, для работы которых используют сжиженные газы; расходом топлива, г/(Вт ч); массой на единицу мощности, кг/Вт); особенностями конструкции (материалами термоэлементов, числом термоэлементов, способом коммутации, устройствами регулирования электрической мощности и др.). Наиболее полные сведения о термоэлектрических генераторах приведены в работах [50, 63].

§ 1. Термогенераторы на химическом топливе

При расчете термогенераторов и оптимизации их конструкций используются соотношения для описания термоэлементов (гл. HI) с учетом свойств источников тепла и неизбежных непроизводитель-