Онлайн журнал електрика
Статті з електроремонту та електромонтажу
Навігація за записами
До матеріалів для термоелектрод термопар пред'являються великі вимоги. Головною вимогою є створення порівняно великої термо-е. д. с. (у парі з іншим матеріалом), чим більше термо-е. е., тим менш чутливим може бути вторинний прилад. Як порівняльний термоелектрод (або, як кажуть, стандартного електрода) в даний час прийнятий термозлектрод з платини. Це тим, що платина має високу температуру плавлення (1779°С), порівняно легко виходить у хімічно чистому вигляді і має сталістю термоелектричних властивостей.
Дуже важливою властивістю для термопар є взаємозамінність. Взаємозамінними вважаються термопари, які у подібних температурних умовах розвивають таку термо-э. д. с. і, отже, можуть працювати з тим самим вимірювальним приладом даної градуювання. Два електроди з одного і того ж сплаву не завжди бувають взаємозамінні, на термо-е. д. с. впливають дрібні сторонні домішки на металі чи неправильний відпал після протяжки. Якщо термопара не взаємозамінна, то доводиться переградувати прилад, що важко і не потрібно.
Залежно від матеріалу електродів термопари, отримали практичного застосування, поділяються на дві основні групи: термопари з благородних металів і термопари з неблагородних металів.
З термопар, що випускалися до першої групи, відносяться дві термопари: платинородій – платинова термопаратипу ТПП (позначення градуювання за ГОСТ 6616-61ПП-1). У найменуванні термопар першим зазвичай вказується позитивний електрод, а другим негативний. Платинородій є сплав, до складу якого входить 90% платини (Pt) і 10% родію (Rh). Термопара типу ТПР (позначення градуювання ПР-30/6) складається з платинородію (30% родію) та платинородію (6% родію).
До другої групи належать такі термопари: хромель – алюмель, хромель – копель і термопара з металу НК-СА. Хромель є сплавом з 89% нікелю (Ni), 9,8% хрому (Сг), 1% заліза (Fe) і 0,2% марганцю (Мп). Склад алюмелю: 94% Ni та 6% Al, Mn, Si. Склад капелю: 56% Сі та 44% Ni.
Термопара типу ТПП (платинородій – платина) може застосовуватись для вимірювання температур до 1600°С короткостроково та до 1300°С тривало. Термо-е. д. с. при цьому дорівнює відповідно 16,71 і 13,13 мв. Перевагою цієї термопари є стійкість термоелектричної властивості (тобто малі відмінності е. д. с. термопари від номіналу, встановленого стандартом), взаємозамінність термоелектродів і висока стійкість до хімічних впливів навіть при високих температурах.
Товщина дроту через велику вартість електродів (платинородія і платини) порівняно невелика - 0,5 мм. Діаметр електродів термопар з неблагородних металів коливається у межах 0,5 – 5 мм.
Використовуються термопари ТПП як контрольні для перевірки робочих термопар, також для вимірювання температур у відповідальних процесах.
Термопара типу ТПР застосовується у тих випадках, як і термопари ТПП. Межі вимірювання температури становлять 300 - 1600 (1800 ° С короткостроково).
Термопара типу ТХЛ (хромель – алюмель) при короткочасному застосуванні дозволяє виміряти найвищу температуру 1300°С (е. д. с. припри цьому дорівнює 52,43 мв). Робоча температура в залежності від якості і хімічного складу оболонок знаходиться в межах 900 - 1000 про С.
Термопара типу ТХК (хромель - копель) при короткочасному застосуванні може визначати температури до 800 ° С (е. д. с. при цьому дорівнює 66,42 мв); робоча температура дорівнює 600 ° С (термо е. д. с. при цьому становить 49,02 мв).
Термопари хромель – алюмель і хромель – копель мають найпоширеніше як експлуатаційні прилади у промислових печах.
Термопара типу ТНС цікава тим, що термо-е. д. с. її за температур від 0 до 200°С фактично відсутня. При максимальній температурі (близько 1000 ° С) вона розвиває е. д. с. 13,39 мв. Відповідною особливістю термопар типу ТНС буде те, що на точність її роботи практично не впливає температура вільного кінця (прохолодного спаю).
Конструктивне виконання термопар визначається вибором матеріалу захисної трупи (арматури) та ізоляції. Захисна арматура повинна захистити термопару від дії гарячих, хімічно агресивних газів, що руйнують термопару. Тому арматура термопари повинна бути газонепроникною, механічно стійкою, жарозривкою і водночас добре проводити тепло. Для захисту термопар із неблагородних металів використовуються залізні труби без шва (при температурах виміру до 600°С) та з нержавіючої сталі (при вимірі температури до 1100°С). Для захисту термопар із великодушних металів використовуються кварцові та порцелянові труби. Робочі кінці термопар з'єднують спайкою або зварюванням, в інших частинах термоелектроди повинні бути ізольовані один від одного. Термоелектроди ізолюються азбестом, коли межа вимірювання менше 300 ° С, кварцовими трубами або намистом (при t до 1000 ° С), фарфоровими трубками абонамистами (при t до 1300 - 1400 ° С).
На рис. 1 наведена конструкція термопари, виготовлена з неблагородних металів.
При звичайному способі включення вимірювального приладу в ланцюг термопари вільні кінці термопари розміщуються в її головці. Так як підтримувати температуру голівки незмінної та низької в зоні зазвичай великих вимірюваних температур досить важко, вільні кінці термопари переносять у зону незмінної та низької температури. Для цієї мети застосовують так звані компенсаційні дроти. Для термопар з неблагородних матеріалів компенсаційні дроти виготовляються з тих самих матеріалів, що і сама термопара. У термопарах, виконаних з благородних металів, компенсаційні дроти підбираються з матеріалів, що розвивають між собою при подібних температурах термо-е. д. с. Той самої величини, як і основна термопара. Крім того, винесений холодний спай оточують тепловою ізоляцією з високою тепловою інерцією. Використовують спеціальні компенсаційні коробки для автоматичної компенсації коливань температури прохолодного спаю.
Для автоматичної компенсації температури вільних кінців термопари застосовується особливий пристрій, який є кілька опорів, що утворюють бруківку (рис. 2)
Опір R1 R2 R3 і R4 з'єднані в нестійкий вимірювальний міст; опору R1 R2 R3 і RД виконані з манганинового дроту, а опір R4 - з мідного. Величини опорів підібрані таким чином, що при температурі середовища 20 ° С між точками В і Г різниця потенціалів дорівнює нулю. В даному випадку міст не впливає на величину е. д. с. При зміні температури середовища (вільних кінців термопари) змінюється термо-е. д. с. термопари: ростепри зниженні температури нижче 20 ° С і знижується при підвищенні температури вище 20 ° С, відразу змінюється величина опору R4 яка знижується при зниженні температури нижче 20 ° С і зростає при підвищенні температури вище 20 ° С. Отже, ці відмінності змінюють різницю потенціалів між точками У і Р різних напрямах і практично взаємно компенсуються.
Додатковий опір RД встановлюється в ланцюзі живлення моста і для різних матеріалів термопар має різну величину. Завдяки цьому напруга живлення моста, що надходить на затискачі А і Б, для різних термопар відбудовується на необхідну величину. У діагональ ВГ включені почергово термопара Т, компенсаційні дроти RК з'єднувальні дроти RС та мілівольтметр mV.
З іншого боку, у ланцюг сполучних проводів включається подгоночный опір RП призначене для припасування опору зовнішньої лінії величини, позначеної на шкалі милливольтметра.
Компенсаційна коробка живиться напругою постійного струму 4 в. Для цього вона приєднується до джерела живлення ІП - пристрою, що складається з понижуючого трансформатора, селенового випрямляча і опору, що підганяє.