Magas hőmérséklet mérése hőelemekkel. Hőelektromos átalakítók - hőelemek
A hőelemek fő célja a hőmérséklet mérése. A hőmérséklet olyan fizikai mennyiség, amely mennyiségileg jellemzi egy test vagy anyag molekuláinak hőmozgásának átlagos kinetikus energiájának mértékét. A hőmérséklet definíciójának elemzéséből arra a következtetésre juthatunk, hogy ez a fizikai mennyiség közvetlenül nem mérhető. Egy tárgy hőmérsékletének változását az objektum egyéb fizikai tulajdonságainak (például térfogat, nyomás, elektromos ellenállás, termo-EMF, sugárzás intenzitása stb.) megváltoztatásával ítélheti meg.
A hőmérsékletmérés egységességének biztosítása érdekében 1968-ban fogadták el nemzetközi szabványként az MPTS-68 Nemzetközi Gyakorlati Hőmérséklet Skálát (jelenleg a szabvány a skála 1990-ben frissített változata - ITS-90 (ITS-90), a egyes reprodukálható anyagok halmazállapot-változásának referencia (referencia) hőmérsékleti pontjaként.Ezen túlmenően a szabvány meghatározza a referencia mérőeszközök típusait a teljes hőmérsékleti tartományban.Az ITS- néhány referenciapont jegyzéke- 90 az 1. táblázatban található.
A mért hőmérsékletek tartományától függően a mérési módszerek két fő csoportját különböztetjük meg: kontaktus (természetes hőmérő) és érintésmentes (pirometria vagy sugárzási hőmérő). A nagyon magas hőmérséklet mérésére általában érintésmentes módszereket alkalmaznak. A hőelemekkel végzett hőmérsékletmérés az érintkezési mérési módszerre vonatkozik.
A hőelem működési elve a termoelektromos hatáson vagy a Seebeck-effektuson alapul. A hőelemek, mint a hőmérséklet mérési eszközeinek előnyei közé tartozik a hőmérsékleti értékek nagy mérési pontossága, a nagy hőmérséklet mérési tartomány, a tervezés egyszerűsége és a megbízhatóság.
A hőelemek osztályozása az anyag, amelyből készült, valamint a pontossági (tűrési) osztály szerint történik (lásd a 4. fejezet 3. pontját).
1. fejezet Hőelemes eszköz
1. § A hőelem működési elve. Seebeck hatás
A termoelem működési elve a termoelektromos hatáson alapul. A termoelektromosság jelenségét T. Seebeck német fizikus fedezte fel 1821-ben, és ezt Seebeck-effektusnak is nevezték.A Seebeck-effektus a következő: ha két különböző fémből vagy ötvözetből készült vezetőt (hőelektródát) úgy köt össze, hogy azok zárt elektromos áramkört képezzenek (1. ábra), majd az érintkezési pontokat (csomópontokat) eltérő hőmérséklet, akkor az áramkör folyni fog D.C.. Az olyan áramkört, amely csak két különböző vezetőből (termoelektródából) áll, hőelemnek vagy hőelemnek nevezzük.
Az áramkörben áramot okozó elektromotoros erőt Seebeck termo-EMF-nek nevezzük, és első közelítésben csak a termoelektródák anyagától és a csomópontok közötti hőmérséklet-különbségtől függ.
A termoelektródát, amelyen keresztül az áram a forró csomóponttól a hideg csomópontig folyik, pozitívnak tekintik, hidegről melegről negatívra. Hőelem, például ТХА (chromel-alumel termoelem) megjelölésénél a névben az első helyen a pozitív elektróda anyaga, a második helyen a negatív elektróda szerepel.
Így az egyik csomópont hőmérsékletének ismeretében (általában állandóan tartják, például 0 ° C-on) és megmérve az áramkörben lévő áramot vagy feszültséget, egyértelműen meghatározható a másik csomópont ismeretlen hőmérséklete.
Érdemes megjegyezni, hogy a termo-EMF értéke millivolt 100 K (173,15 ° C) hőmérséklet-különbség és 0 ° C hideg csatlakozási hőmérséklet esetén (például egy réz-konstans pár 4,25 mV-ot ad, platina-platina -ródium - 0,643 mV).
§2 Termoelektromos hőmérő. Hőelemes kivitelek
Helyesebb azt mondani, hogy a hőmérsékletet nem hőelemmel, hanem termoelektromos hőmérővel mérik. Az ilyen hőmérő érzékeny eleme egy hőelem; hőmérős mennyiség - termo-EMF, amely egy hőelemben fordul elő; hőmérő tulajdonság - a termo-emf változása a hőmérséklet változásával;A fő tényezők, amelyektől a hőelem tervezése függ, a működési feltételek. Egyik vagy másik termoelektromos átalakító tervezésekor olyan tényezőket vesznek figyelembe, mint a mérendő anyag aggregációs állapota, a külső környezet „agresszivitása”, a mért hőmérsékleti tartomány, a hőtehetetlenség és mások.
A hőelemek következő tervezési jellemzői különböztethetők meg:
- Két termoelektróda vége egy ponton kapcsolódik egymáshoz, és egy működő csomópontot alkot. A csatlakozás általában elektromos ívhegesztéssel történik, és a termoelektródákat a hegesztés előtt összecsavarják. Különleges esetekben hegesztés helyett keményforrasztás is alkalmazható. A tűzálló fémekből, például volfrám-rénium vagy volfrám-molibdén hőelemekből készült termoelektródákat gyakran csak csavarással kötik össze további hegesztés nélkül.
- A termoelektródákat csak a működő csomópontban szabad összekapcsolni. A hossz hátralévő részében ezek egymástól való elektromos leválasztása szükséges.
- A termoelektródák szigetelésének módja a termoelektromos hőmérő használatának felső hőmérsékleti határától függ. Ha a megadott határérték nem haladja meg a 100-120 ° C-ot, akkor bármilyen szigetelés használható, beleértve a légszigetelést is. 1300 °C-ig a szigetelést egy- és kétcsatornás porcelán csövekkel vagy gyöngyökkel végezzük. Magasabb hőmérsékleten a pirometrikus porcelán elektromos szigetelő tulajdonságai nagymértékben romlanak, meglágyul. E tekintetben magasabb hőmérsékleten alumínium-oxidból (1950 ° C-ig) és magnézium-oxidból, berillium-oxidból, tórium-dioxidból és cirkónium-dioxidból (2000 ° C felett) készült csöveket használnak.
- Attól függően, hogy milyen közegben mérik a hőmérsékletet, a hőelemnek lehet egy zárt végű külső védőcső. Ez a cső lehet fém, kerámia vagy cermet. Biztosítania kell a termoelektromos hőmérő mechanikai stabilitását, a termoelektródák mechanikai igénybevételének hiányát, a vízszigetelést és bizonyos esetekben a hőmérő tömítettségét. A védőcső-köpeny anyagának ki kell bírnia a hőelemes kialakítás felső határának hőmérsékletén való hosszú tartózkodást, továbbá kémiailag ellenállónak kell lennie a mérési közeggel szemben, és jó hővezető képességgel kell rendelkeznie. A védőcső köpenyének gáztömörnek kell lennie, és érzéketlennek kell lennie a hirtelen hőmérséklet-változásokra.
A 2. ábra az egyik hőelem tervezési lehetőséget mutatja.
A hőelem szerkezeti típusok osztályozása
A célnak és a működési feltételeknek megfelelően:
- merülő;
- felszínes.
- burkolat nélkül gyártva;
- acél házzal (t ≈ 600 °C-ig);
- speciális hőálló ötvözetből készült burkolattal (t ≈ 1000-1100 °C-ig);
- porcelán borítással (t ≈ 1300 °С-ig);
- tűzálló ötvözetekből készült burkolattal (t ≈ 2000 °C és több).
- rögzített szerelvénnyel;
- mozgatható vasalattal;
- mozgatható karimával.
- közönséges fejjel;
- vízálló fejjel;
- speciális vezetékvégekkel (fej nélkül).
- védve a nem agresszív és agresszív környezet hatásától;
- nem védett (amikor a mért közeg nincs káros hatással a termoelektródákra).
- szivárgó;
- tömített, különféle feltételes nyomásokon és hőmérsékleteken való működésre tervezték.
- rezgésálló;
- ütésálló;
- rendes.
- egyetlen zóna;
- többzónás.
- nagy tehetetlenséggel - akár 3,5 perc;
- közepes tehetetlenséggel - legfeljebb 1 perc;
- alacsony tehetetlenség - akár 40 másodpercig;
- nem normalizált tehetetlenséggel.
A hőelem munkarészének hossza eltérő lehet: 120-1580 mm egyzónás termoelektromos konvertereknél, 20000 mm-ig többzónás konvertereknél.
§3 Hosszabbító (kompenzációs) vezetékek hőelemekhez
Az 1. fejezet 1. §-ában leírt hőelem működési elve szerint a hőelem szabad végeinek (hideg csomópont) állandó hőmérsékletűnek kell lenniük, lehetőleg 0 °C közelében. Ezekre a végekre csatlakoznak a csatlakozó vezetékek, amelyek a mérőeszközhöz mennek. Ha a szabad végek egy termoelektromos hőmérő fejében helyezkednek el (lásd 2. ábra), akkor ez a feltétel gyakorlatilag lehetetlen. A hőmérő feje nagyon magas hőmérsékletű lehet, és ezek a hőmérsékletek a mérések végzésének környezeti állapotának változásai miatt is változhatnak. Nem mindig lehetséges a mérőműszert a hőelem közelébe helyezni. Így a mérőeszköz csatlakozási pontjait (a hőelem szabad végeit) el kell távolítani a hőmérséklet mérés közvetlen helyéről. Ezt a problémát kompenzációs (hosszabbító) vezetékek segítségével oldják meg.A 3. ábrán látható egy termoelektromos áramkör diagramja, amelyet hosszabbító vezetékek jelenlétében állítanak elő.
Az EAB (T 1 ; T 0) = ECD (T 1 ; T 0) feltételt kielégítő vezetékeket meghosszabbításnak (kompenzációnak) nevezzük. Az ilyen, termoelektródákhoz és összekötő vezetékekhez csatlakoztatott vezetékek alacsony hőmérsékleten (legfeljebb 100-150 °C-on) a hőelem hő-EMF-jével megegyező termo-EMF-et fejlesztenek ki. A kiegyenlítő vezetékek fő célja, hogy a hőelem szabad végeit ismert és állandó hőmérsékletű zónába vezessék.
Példaként vegyünk egy platina-ródium-platina (TPP) hőelemet. Ehhez a hőelemhez rézből és réz-nikkel ötvözetből (0,6% Ni + 99,4% Cu) készült vezetékeket használnak hosszabbító vezetékként. T 1 \u003d 100 ° С és T 0 \u003d 0 ° С mellett ugyanazt a termo-EMF-et fejlesztik ki, mint a platina-ródium platinával - 0,64 mV. Ebben az esetben a hosszabbító vezetékek használata lehetővé teszi kisebb mennyiségű drága platina-ródium és platina használatát.
A kiegyenlítő vezetékek felépítését a 4. ábra mutatja.
4. § A mérési hibák fő forrásai hőelemekkel
Minden mérést bizonyos pontossággal végeznek. A mérési pontosság függ a módszertől, a külső körülményektől, a mérőműszerek állapotától és néhány egyéb tényezőtől. Az alábbiakban bemutatjuk a hőelemekkel végzett hőmérsékletmérés fő hibaforrásait.- A termo-EMF változása hőelem működése közben. Ezt a jelenséget a termoelektródötvözetek termoelektromos instabilitásának nevezik. Megállapítást nyert, hogy működés közben minden termoelektródötvözet megváltoztatja a termo-EMF-ét, ami a termoelem leolvasási értékének változásához vezet. Viszonylag alacsony hőmérsékleten vagy rövid ideig tartó működés során a termo-EMF változása jelentéktelen lehet, és nem növeli a mérési hibát. Magas hőmérsékleten vagy a hőelemek hosszú távú működése esetén az instabilitás nagy értékeket is elérhet, ami a mérési pontosság jelentős csökkenéséhez vezet. A termoelektromos instabilitás fő okai: a termoelektródák kölcsönhatása a környezet; elektródák kölcsönhatása szigetelő- és védőanyagokkal; a termoelektródák kölcsönhatása egymással; A termoelektródötvözetekben hőmérsékletváltozás, sugárzás, elektromágneses mezők, nagy nyomás hatására fellépő belső folyamatok.
- A mérési pontosságot befolyásolhatja a termoelektródák szigetelési ellenállása. Magas hőmérséklet hatására a termoelektródák szigetelésének elektromos ellenállása lecsökkenhet, ami viszont a hőelem leolvasásának jelentős torzulásához vezethet.
- A mérőeszköz helytelen kiválasztása mérési hibákhoz vezethet. A termoelektródák átmérőjének csökkenésével az áramkör fajlagos ellenállása (az egységnyi hosszra eső ellenállás) nő. Ugyanez a hatás figyelhető meg a hőmérséklet emelkedésével. Ha a mérő bemeneti impedanciája nem egyezik a csatlakoztatott áramkör ellenállásával, nagy mérési hibák léphetnek fel.
- A hibák előfordulásának oka lehet a hőelem szabad végeinek hőmérsékletének változása. Ez a hőmérséklet a mérés során változhat, vagy eltérhet a szabad végek hőmérsékletétől a hőelem kalibrálása során.
- Mérési hiba léphet fel, mert a hőelem-elektródák hosszuk mentén eltérő termo-EMF-értékekkel rendelkeznek. Ezt a jelenséget a termoelektródötvözetek termoelektromos inhomogenitásának nevezik, és azon fémek és ötvözetek fizikai tulajdonságainak inhomogenitása miatt következik be, amelyekből a termoelem elektródák készülnek. A fizikai tulajdonságok heterogenitása az anyagok összetételének és szerkezetének ingadozásából adódik. Az ilyen ingadozások oka lehet radioaktív besugárzás, magukon az elektródákon vagy a munkadarabokon, amelyekből készültek, mechanikai vagy elektromágneses hatások, a hőelemes elektródák gyártása vagy üzemeltetése során fellépő kémiai reakciók.
- Hibák a referencia hőelemek kalibrációs jellemzőinek meghatározásakor.
- A hőelemek kalibrációs jellemzőinek eltérése a szabványos kalibrációs táblázattól.
2. fejezet A hőelemek típusai és paramétereik
1. § Króm-alumínium hőelem (TXA)
Az egyik leggyakrabban használt hőelem az iparban és a kutatásban. Lehetővé teszi akár 1100 °C-os hőmérséklet mérését hosszú ideig, és 1300 °C-ig rövid ideig. Alacsony hőmérséklet mérésére is használható -200°C-ig (70K). A króm-alumínium hőelem inert és oxidáló környezetben történő működésre készült, száraz hidrogénben és rövid ideig vákuumban is használható. Ennek a hőelemnek a termoelektromos karakterisztikája közel lineáris, érzékenysége kb. 40 µV/°C. A króm-alumel hőelem a legstabilabb más típusú hőelemek között reaktor besugárzási körülményei között.
Ennek a hőelemnek a hátrányai közé tartozik a termoelektródák deformációjára való nagy érzékenység és a termo-EMF reverzibilis instabilitása.
Az XA hőelemet a GOST 3044-84 szabványnak megfelelően állítják elő, ehhez a hőelemhez a termoelektróda huzal - GOST 1790-77 és számos specifikáció.
Ezt a hőelemet ipari kemencék, fűtőberendezések, erősáramú berendezések, valamint különféle tudományos berendezések és laboratóriumi műszerek hőmérsékletének mérésére használják.
Termoelektródák anyaga
Az XA hőelemben a pozitív elektróda egy nikkelötvözetből készült króm NH 9.5 (GOST 492-2006) huzal, a negatív elektróda egy nikkelötvözet alumel NMtsAK 2-2-1 (GOST 492-2006) huzal.
Ajánlott munkakörnyezet
A chromel-alumel hőelemet oxidáló és inert közegek hőmérsékletének mérésére tervezték. Az oxidáló környezet oxigéntartalmának (O2) legalább 2-3%-nak kell lennie, vagy ennek jelenlétét gyakorlatilag ki kell zárni. Ellenkező esetben a króm szelektív oxidációja élesen megnő a krómban, koncentrációja csökken, ami az ötvözet termo-EMF-jének jelentős csökkenéséhez vezet. Az XA hőelem redukáló vagy változó redox atmoszférában is használható, ha megbízható védőburkolattal rendelkezik (lásd az 1. fejezet 2. pontját).
Elszigetelés és védelem
A következő anyagok használhatók króm-alumínium hőelem szigetelőanyagaként: porcelán, azbeszt, üvegszál, kvarc, zománcok, erősen tűzálló oxidok.
Üzemeltetési ajánlások
A króm-alumínium hőelem meghibásodásának leggyakoribb okai a következők: az alumel termoelektród tönkremenetele a kristályok közötti korrózió és ridegség miatt; a termoelektróda megsemmisülése a krómból annak korróziója miatt ("zöld rothadás" típusú korrózió).
Az alumel ötvözet kristályközi korróziója és ridegsége a termoelektróda kéntartalmú atmoszférában 650-820 ° C-ra történő melegítésének eredményeként következik be. A kénforrások lehetnek: kemence tüzelőanyaga, olaj- és emulziómaradványok a hőelemek védőburkolatában, bizonyos minőségű azbeszt, cement és egyéb anyagok, amelyekből védőburkolatok készíthetők. Az alumel kristályok közötti korrózióját csak úgy lehet megakadályozni, hogy teljesen kiküszöböljük a kén bejutását a termoelektródákat körülvevő légkörbe.
A krómötvözet korrózióját a króm (ennek az ötvözetnek egy része) szelektív belső oxidációja okozhatja, amely a termoelektródának vízgőzt vagy CO-t (gyengén oxidáló atmoszférát) tartalmazó atmoszférában történő működése következtében alakul ki. A króm korrózió megelőzhető nagy átmérőjű, szellőztetett védőburkolatokkal, vagy getterekkel ellátott hüvelyekkel.
§2 Chromel-Kopel hőelem (TKK)
Főbb tulajdonságok és alkalmazásokAz egyik leggyakrabban használt hőelem az iparban és a kutatásban. A Chromel-Copel hőelem lehetővé teszi a hőmérséklet mérését inert és oxidáló közegben 800 °C-ig hosszú ideig és 1100 °C-ig rövid ideig. A mért hőmérséklet alsó határa -253 °С-ra korlátozódik. A chromel-alumel hőelem iparban való jelenléte miatt a kromel-kopel hőelemet általában 600 °C-ig terjedő hosszú távú mérésekhez használják. Az ilyen típusú hőelemek a legérzékenyebbek az összes ipari hőelem közül. Az XK hőelem érzékenysége meghaladja a 81 µV/°C-ot 200°C feletti hőmérsékleten. Ezenkívül ennek a hőelemnek majdnem lineáris kalibrációs karakterisztikája van. A THC-t kivételesen magas termoelektromos stabilitás jellemzi 600 °C-ig. Az ilyen típusú hőelemek hátrányai közé tartozik a termoelektróda deformációjára való nagy érzékenység.
A Chromel-Copel hőelemek kalibrálása a GOST 3044-77 szabvány szerinti kalibrációs táblázatok szerint történik. A termoelektródák vezetékét a GOST 1790-77 szabványnak és számos előírásnak megfelelően szállítjuk.
A Chromel-Kopel hőelemeket széles körben használják az ipar különböző területein és a tudományos kutatásban; gyakran használják kis hőmérséklet-különbségek mérésére.
Termoelektródák anyaga
A HK hőelemben a pozitív elektróda egy nikkelötvözetből készült króm NH 9.5 (GOST 492-2006), a negatív elektróda egy Kopel MNMts 43-0.5 (GOST 492-2006) réz-nikkel ötvözetből készült huzal.
Ajánlott munkakörnyezet
Az XK hőelem fő munkaközege oxidáló közeg vagy inert gázokat tartalmazó közeg. A hőelem vákuumban is használható magas hőmérsékleten, de rövid ideig. A Chromel-Copel hőelem folyamatos használata ebben a környezetben a króm szelektív elpárolgását eredményezheti a pozitív elektródáról.
Ennek a hőelemnek a kénes, redukáló, változó redox és enyhén savas atmoszférában történő alkalmazása jó (gáztömör) árnyékolást igényel. Klórt vagy fluort tartalmazó atmoszférában a Chromel-Kopel hőelem 200 °C-ig képes működni.
§3 Vas-állandó hőelem (TJK)
Főbb tulajdonságok és alkalmazásokAz ilyen típusú hőelemeket széles körben használják az iparban és a tudományos kutatásban. A vas-konstans hőelem lehetővé teszi a méréseket redukáló, oxidáló, valamint inert közegben és vákuumban. A ZhKn hőelem lehetővé teszi pozitív (1100 °C-ig) és negatív hőmérsékletek (-203 °C-ig) mérését. Külön meg kell jegyezni, hogy az ilyen típusú hőelemek esetében a pozitív és a negatív hőmérséklet mérése javasolt. Ezeknek a hőelemeknek a használata kizárólag negatív hőmérsékletek mérésére nem ajánlott, mivel vannak analógok a legjobb teljesítmény. Hosszan tartó használat esetén a maximális üzemhőmérséklet 750 °С, rövid távú - 1100 °С.
Az ilyen típusú hőelemek nagy érzékenységgel rendelkeznek, amely 50-65 µV/°C. Érdemes megjegyezni viszonylag alacsony költségüket is. Az ilyen típusú hőelemek hátrányai közé tartozik a termoelektródák deformációjára való nagy érzékenység, valamint a vas termoelektródák alacsony korrózióállósága.
Termoelektródák anyaga
Az LCD hőelemben a pozitív elektróda kereskedelmi tisztaságú vasból (alacsony széntartalmú acél), a negatív elektróda konstantan MNMts 40-1.5 (GOST 492-2006) réz-nikkel ötvözetből készül. Érdemes megjegyezni, hogy a vashuzalt nem kifejezetten hőmérésre készítik, hanem más célra tervezett huzalt használnak.
Ajánlott munkakörnyezet
A vas-konstans hőelem stabilan működik oxidáló és redukáló atmoszférában. Körülbelül 769 °C és 910 °C hőmérsékleten a vas, amelyből a hőelem pozitív elektródája készül, mágneses és α↔γ átalakuláson megy keresztül, ami befolyásolja a termoelektromos tulajdonságokat. A fentiekkel összefüggésben az a hőelem, amely rövid ideig is 760 °C feletti hőmérsékleten volt, nem használható további pontos mérésekre 760 °C alatti hőmérsékleten, mivel előfordulhat, hogy leolvasott értékei nem felelnek meg a kalibrációs táblázatnak.
A hőelem élettartama a hőelemek keresztmetszetétől függ. A hőelem elektródák átmérőjét a mért hőmérséklettel egyenes arányban kell megválasztani. Egyes források a következő ajánlásokat adják a hőelem elektródák átmérőjének megválasztására hosszú távú hőmérsékletmérés esetén: 760 °C - 3,2 mm; 590 ° С - 1,6 mm; 480 °С - 0,8 mm; 370 ° С - 0,3-0,5 mm.
500 °C feletti hőmérsékleten a ZhKN hőelem kéntartalmú atmoszférában csak megbízható gáztömör védelem esetén lehetséges.
§4 Volfrám-rénium hőelem (TVR)
Főbb tulajdonságok és alkalmazásokA wolfram-rénium hőelem az egyik legjobb ipari hőelem 1800 °C feletti hőmérséklet mérésére. A BP hőelem 3000 °C-ig terjedő hőmérséklet mérésére szolgál. A mért hőmérséklet alsó határa általában 1300 °C. A munkakörnyezet argon, nitrogén, hélium, száraz hidrogén vagy vákuum. A Thermo-EMF 2500 °C-on VR5/20 és VAR5/VR20 ötvözetből készült hőelemeknél 34 mV, VR10/20 ötvözetből készült hőelemeknél 22 mV, a hőelemek érzékenysége 7-10 és 4-7 μV/°C , ill.
A wolfram-rénium hőelemek jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek magas hőmérsékleten, nagy váltakozó terhelés hatására, valamint gyakori és hirtelen hőciklusokkal is működhetnek. Az ilyen típusú hőelemek a gyártás és a telepítés során nem igényesek, mivel viszonylag érzéketlenek a szennyeződésekre.
A VR hőelemek hiányosságai közül kiemelhető a termo-EMF rossz reprodukálhatósága; a termo-EMF instabilitása besugárzási körülmények között; az érzékenység jelentős csökkenése 2400 °C feletti hőmérsékleten.
Érdemes megjegyezni, hogy a VAR5/BP20 ötvözetekből készült hőelem hosszú távú méréseknél pontosabb eredményt ad, mint a BP5/20 ötvözetből készült hőelem.
A wolfram-rénium hőelemek beosztását a GOST 3044-77 szerinti kalibrációs táblázatok szerint végezzük. A VR5, VAR5 és VR20 ötvözetekből készült termoelektródák vezetékét az előírásoknak megfelelően gyártják. A VR10 ötvözetből készült termoelektródahuzal nem tömeggyártású.
A BP hőelemeket a magas hőmérséklettel kapcsolatos iparágakban használják. Például egy wolfram-rénium hőelemet használnak a hőmérséklet mérésére tűzálló fémek, keményötvözetek és kerámiák gyártása során, acélok és ötvözetek olvasztásakor és öntésében, a gázáramlás és az alacsony hőmérsékletű plazma hőmérsékletének mérésére gázturbinában. motorok, MHD generátorok, valamint az atomenergetika területén is.
Termoelektródák anyaga
A volfrám-rénium hőelemekben az elektródák anyaga ötvözet: VR5 - pozitív termoelektróda és VR20 - negatív; VAR5 - pozitív termoelektróda és VR20 - negatív vagy VR10 - pozitív termoelektróda és VR20 - negatív.
Ajánlott munkakörnyezet
A volfrám-rénium hőelemeket tiszta inert közegben, száraz hidrogénben és vákuumban történő hosszú távú hőmérséklet mérésre tervezték. Már kis mennyiségű oxigén is jelentősen csökkenti a hőelem élettartamát. Oxidáló környezetben az ilyen típusú hőelemek csak gyors folyamatokban használhatók hőmérséklet mérésére. A katasztrofális oxidáció kezdeti értékénél magasabb hőmérsékleten a hőelem élettartamát percekben számítják ki.
A BP hőelemek használata nem javasolt nedves hidrogén- és széntartalmú redukáló környezetben. A wolfram-rénium ötvözetek reakciója szénhidrogén gőzökkel már 1000 °C-on megindul. A szénnel való kölcsönhatás a termoelektródák rideggé válásához és a hőelem instabilitásának jelentős növekedéséhez vezethet. A ridegség megjelenése már 1700 °C-on megfigyelhető. A szénnel való érintkezés a mért határhőmérsékletet 2500 °C-ra csökkenti. Vannak azonban olyan esetek, amikor volfrám-rénium hőelemet használnak magas hőmérsékletű kemencékben, grafitfűtőkkel. Az általános következtetés így fogalmazható meg: a hőelem élettartama nagymértékben függ a légkör jellegétől, a szigetelőanyagtól és az üzemi hőmérséklettől.
Elszigetelés és védelem
A termoelektródák izolálásához BeO, HfO2, ThO2, Y2O3 kerámiákat használnak. A berillium-oxid az anyag olvadáspontját (~2570 °C) meg nem haladó hőmérsékleten használható. A BeO a leggyakrabban használt szigetelő a BP hőelemekhez. Megjegyzendő, hogy legalább 99,9%-os tisztaságú BeO-t kell használni.
Az 1600 °C alatti hőmérséklet méréséhez a hőelem elektródákat 99,5%-os tisztaságú Al2O3-oxiddal vagy MgO-val szigetelik. Ebben az esetben a kerámiát kalcinálni kell a szerves és szervetlen szennyeződések eltávolítása érdekében.
Nagyon magas hőmérsékleten csupasz termoelektródákkal ellátott hőelemeket használnak. Oxidáló környezetben elsősorban a hőelemek védelmére Nb, Ta, Mo és Mo-Re, W-Re ötvözetekből készült fémburkolatokat használnak bevonattal. Az irídium bevonatú termoelektródákkal ellátott termoelem rövid ideig (30-40 óra 2000-2400 °C hőmérsékleten) levegőn üzemeltethető.
§5 Hőelem wolfram-molibdén (VM)
Főbb tulajdonságok és alkalmazásokA hőelemet magas hőmérséklet mérésére tervezték. A volfrám-molibdén (VM) hőelem segítségével végzett mérések inert közegben, hidrogénben vagy vákuumban is elvégezhetők. A mért hőmérsékletek tartománya 1400-1800 °C, a maximális üzemi hőmérséklet ~2400 °C. A BM hőelem érzékenysége 6,5 µV/°C a megadott hőmérsékleti tartományban. A termoelektródák nagy mechanikai szilárdsággal rendelkeznek. A hőelem gyártása, telepítése és üzemeltetése során nincsenek szigorú követelmények a kémiai tisztaság megőrzésére vonatkozóan. A volfrám-molibdén hőelem a legolcsóbb a magas hőmérséklet mérésére alkalmas hőelemek közül.
A VM hőelem hiányosságai közül kiemelhető a termo-EMF rossz reprodukálhatósága; kis mennyiségű termo-emf és érzékenység; polaritás inverzió; ridegség magas hőmérsékleten történő hevítés után.
A BM hőelem fő alkalmazási területe folyékony acélok, ötvözetek és salakok rövid távú hőmérsékletmérése különböző típusú kemencékben, konverterekben és üstökben. Érdemes megjegyezni, hogy a wolfram-rénium hőelemek (lásd a 2. fejezet 4. bekezdését) és a platina-ródium-platina-ródium (lásd a 2. fejezet 7. bekezdését) megjelenésével a volfrám-molibdén hőelemet elkezdték használni a hőmérséklet mérésére csak nem felelős ötvözetek olvasztása és öntése.
A wolframból és molibdénből készült termoelektródák gyártásához szükséges huzalt az előírásoknak megfelelően szállítjuk.
Termoelektródák anyaga
A VM hőelemek termoelektródáinak gyártásához műszaki tisztaságú fémeket használnak. Nagy tisztaságú fémeket általában nem használnak, mivel ezek jelentősen megnövelik a hőelem költségét, és fokozott követelményeket támasztanak a szennyeződés hiányával szemben. A wolfram-molibdén hőelem pozitív elektródája volfrámból, a negatív elektróda molibdénből készül (a polaritás inverziója miatt ez az állítás 1400 ° C feletti hőmérsékletre igaz). A volfrámhuzal gyártásához VRN márkájú rudakat, a molibdénhuzal gyártásához MCH márkájú rudakat használnak.
Ajánlott munkakörnyezet A wolfram-molibdén hőelem hőmérséklet mérésére szolgál hidrogénben, inert gázokban vagy vákuumban. A volfrám és a molibdén körülbelül 400 °C-on kezd oxidálódni a levegőben. A hőmérséklet emelkedésével az oxidációs folyamat felerősödik. Ezek a fémek nem lépnek reakcióba hidrogénnel az olvadáspontig és inert gázokkal. Ebben az esetben sem a hidrogén, sem az inert gázok nem tartalmazhatnak oxidáló szennyeződéseket. A BM hőelem szokásos üzemi hőmérséklet-tartománya ipari üzemben 1400-1800 °C. Különleges esetekben ez a tartomány 2100 °C-ig bővíthető. Ebben az esetben ajánlatos hőelemet szigetelés nélkül használni, mivel 2000 ° C feletti hőmérsékleten a molibdén és a volfrám kölcsönhatásba lép sok oxiddal, amelyekből általában szigetelés készül.
Ha az elektródák kerámiával vannak védve és a hőelem védőkupakkal rendelkezik, akkor rövid távú hőmérsékletméréseket lehet vele végezni oxidáló közegekben és olvadt fémekben.
Elszigetelés és védelem
A folyékony acél hőmérsékletének egyszeri mérésére szolgáló wolfram-molibdén hőelemek termoelektródái alumínium-oxid kerámiával (Al2O3) vannak szigetelve és kvarcvégekkel védve.
6. § Platina-ródium-platina hőelemek (TPP)
Főbb tulajdonságok és alkalmazásokA platina-ródium-platina hőelemek a legelterjedtebbek 1600 °C-ig terjedő hőmérséklet mérésére. Ez a típus magában foglalja a platinából és platina-ródium ötvözetből (10% Rh), valamint platinából és platina-ródium ötvözetből (13% Rh) készült hőelemeket. A PP hőelemeket úgy tervezték, hogy hőmérsékletméréseket végezzenek oxidáló és inert közegekben. A maximális üzemi hőmérséklet hosszú távú méréseknél 1400 °C, rövid távú méréseknél - 1600 °C. A platina-ródium-platina hőelemek 600-1600 °C hőmérséklet-tartományban szinte lineáris termoelektromos karakterisztikával, 10-12 μV/°C (10% Rh) és 11-14 μV/°C (13% Rh) érzékenységgel rendelkeznek. Ezen hőelemek további előnyei a nagy mérési pontosság, a jó reprodukálhatóság és a termo-EMF stabilitás. Érdemes megjegyezni, hogy az ilyen típusú hőelemek referenciaműszerként szolgálnak a Nemzetközi Gyakorlati Hőmérséklet Skála (IPTS) reprodukálásához a 630,74 és 1064,43 °C közötti hőmérsékleti tartományban.
A PP hőelemek hátrányai közé tartozik a magas költségek, a besugárzási körülmények közötti működés instabilitása, a fémes és nem fémes szennyeződésekkel szembeni nagy érzékenység a gyártás, telepítés és üzemeltetés során.
A platina-ródium-platina hőelemeket különféle iparágakban és tudományokban használják, ahol a mérések nagy pontosságára és megbízhatóságára van szükség.
A PR hőelem (10% Rh) a GOST 3044-77 szerint van kalibrálva, a termoelektróda huzal a GOST 10821-75 szerint készül. A PR hőelemekhez való termoelektródhuzal (13% Rh) a specifikációk szerint készül.
Termoelektródák anyaga
A PP hőelemek gyártásához PR10 vagy PR13 platina-ródium ötvözeteket használnak, amelyek 10% és 13% ródiumot (Rh) és tiszta platinát tartalmaznak.
A platina-ródiumból készült termoelektróda pozitív, a platina negatív.
Ajánlott munkakörnyezet
A platina-ródium-platina hőelemet oxidáló és inert közegek hőmérsékletének mérésére tervezték. Az ilyen típusú hőelemek védelem jelenlétében mérhetők redukáló közegekben, valamint arzén-, kén-, ólom-, cink- és foszforgőzöket tartalmazó közegekben.
A gyakorlatban PP hőelemeket ritkán használnak 0 °C alatti hőmérséklet mérésére. Az a tény, hogy az ilyen típusú hőelemek érzékenysége csökken a hőmérséklet csökkenésével, és -138 ° C-on nullával egyenlő. Egyes termo-EMF szabványokban azonban a hőelemeket -50 °C-ig terjedő hőmérsékletre minősítik. A platina-ródium-platina hőelemek nem alkalmasak 0-300 °C-os hőmérséklet mérésére, 300-600 °C-os hőmérséklet esetén pedig csak összehasonlító adatok beszerzésére.
A PP hőelem rövid távú használatának felső hőmérsékleti határa 1600 °C, hosszú távú használat esetén - 1400 °C. 1400 °C feletti hőmérsékleten a platina termoelektród szemcséi gyorsan növekednek. Jó védelem mellett a hőelem hosszú távú mérésekhez használható akár 1500 °C hőmérsékleten.
Elszigetelés és védelem
A kvarc, a porcelán, a mullit, a szillimanit és a tűzálló porcelán szigetelésként szolgálhat működő hőelemek termoelektródáihoz 1200 °C hőmérsékletig. A példakénti hőelemek termoelektródái olvasztott kvarccal vannak szigetelve. Ha a hőelemet 1400 °C-os hőmérséklet mérésére használják, akkor magas Al2O3 tartalmú kerámiát használnak szigetelésként. Gyengén oxidáló és redukáló atmoszférában 1200°C felett, és minden olyan esetben, ahol 1400°C felett hőelemet használnak, nagy tisztaságú alumínium-oxid kerámiát kell használni. Redukáló atmoszférában végzett munka során néha magnézium-oxidot használnak szigetelésként.
A hőelemek belső burkolatai általában ugyanazokból az anyagokból készülnek, mint a szigetelő kerámiák. Előfeltétel az ilyen anyagok gáztömörsége.
A folyékony acélok és ötvözetek egyszeri hőmérséklet-mérésére szolgáló hőelemek működési csomópontjainak védelme érdekében kvarccsúcsokat használnak.
Üzemeltetési ajánlások
A PP hőelemek nagyon érzékenyek a különféle kémiai szennyeződésekre, amelyek ridegséget és szilárdságcsökkenést, valamint erős hőelem-sodródást okozhatnak. A platinaelektróda különösen érzékeny a szennyeződésekre. Szennyező források lehetnek az anyagok, amelyekből a szigetelés és a védőburkolat készül, a fűtőberendezés és annak légköre, a hőelem közvetlen közelében lévő tárgyak.
Javaslatok a termoelektródák szennyeződésének megelőzésére. A hőelektródákat egy kétcsatornás kerámiacsővel kell szigetelni a teljes munkahosszon. A szigetelőcső és a kerámia védőköpeny, valamint a termoelektródák és a cső között elegendő, jól szellőző hézagnak kell lennie. A termoelektródákat alaposan meg kell tisztítani a zsír- és zsírnyomoktól, mielőtt szigetelő- és védőkerámiába helyezik őket. A fémhüvelyeket is meg kell tisztítani a szennyeződésektől, zsírmaradványoktól, forgácsoktól stb. Szerelés előtt a hőelem minden alkatrészét - elektródákat, szigetelő- és védőkerámiákat és burkolatokat - magas hőmérsékleten kell izzítani. A hőelem kialakításának olyannak kell lennie, hogy a hőelektródák ne támasszák alá a szigetelő kerámiát. Ez az ajánlás különösen fontos a függőlegesen szerelt hőelemek esetében.
7. § Platina-ródium-platina-náródium hőelemek (TPR)
Főbb tulajdonságok és alkalmazások
A PR hőelem hőmérséklet mérésére szolgál oxidáló és semleges közegben. Vákuumban is használható. A maximális üzemi hőmérséklet hosszú távú méréseknél 1600 °C, rövid távú méréseknél 1800 °C. 1200 °C feletti hőmérsékleten a platina-ródium-platina-ródium hőelem lineáris termoelektromos karakterisztikával, 10,5-11,5 μV/°C érzékenységgel és jó termo-emf stabilitással rendelkezik. A PR hőelem 0-100 °C hőmérsékleti tartományban alacsony érzékenysége miatt hosszabbító vezetékek nélkül is használható.
A platina-ródium-platina hőelemekhez képest a platina-ródium-platina-ródium hőelem valamivel alacsonyabb termikus EMF-vel rendelkezik, míg magasabb hőmérsékletet képes mérni. A PR hőelem nagyobb mechanikai szilárdsággal, nagyobb stabilitású magas hőmérsékleten, kevésbé hajlamos a szemcsék növekedésére és ridegedésére, és kisebb a szennyeződésre való érzékenysége.
A PR hőelemet aktívan használják olyan területeken, ahol hosszú távú, 1400 °C feletti hőmérsékletmérés szükséges. Ilyen területek a kohászat, üvegkohászat, cementipar, tűzálló anyagok gyártása. Az ilyen típusú hőelemeket példaértékű hőmérőkben is alkalmazzák.
A platina-ródium-platina-ródium hőelem a GOST 3044-77 szerint van kalibrálva, a termoelektróda huzal a GOST 10821-75 szerint készül.
Termoelektródák anyaga
A PR hőelem gyártásához PR30 és PR6 platina-ródium ötvözeteket használnak, amelyek 30% és 6% ródiumot (Rh) tartalmaznak. Az ötvözetek előállításához használt platina és ródium tisztaságának 99,95%-nál nagyobb vagy egyenlőnek kell lennie.
A platina-ródium PR30 termoelektróda pozitív, a platina-ródium PR6 termoelektróda negatív.
Ajánlott munkakörnyezet
A platina-ródium-platina-ródium hőelemeket oxidáló és semleges környezetben, valamint vákuumban használják. A PR hőelem maximális üzemi hőmérsékletét a PR6 ötvözetből készült negatív termoelektróda olvadási hőmérséklete (1820 °C) határozza meg, és 1800 °C (a GOST 3044-77 és GOST 6616-74 szerint rövid távú méréseknél ). Hosszú távú méréseknél az üzemi hőmérséklet 1600 °C-ra korlátozódik.
Nélkül megbízható védelem Az ilyen típusú hőelemek nem használhatók fémek és nem fémek gőzeit tartalmazó atmoszférák redukálására.
Elszigetelés és védelem
Nagy tisztaságú Al2O3 kerámiákat használnak a PR hőelemek izolálására és védelmére.
Üzemeltetési ajánlások
A platina-ródium-platina-ródium hőelemek meghibásodásának okai a ridegség, a csökkent mechanikai szilárdság vagy a kivételesen nagy hő-EMF sodródás miatt általában egybeesnek a platina-ródium-platina hőelemeknél előforduló hasonló problémák okaival. De a PR hőelemek meghibásodása sokkal ritkábban fordul elő a PP hőelemekhez képest, mivel a platina-ródium ötvözetek kevésbé érzékenyek a kémiai szennyeződésekre és a szemcsék növekedésére, mint a tiszta platina, amelyből a PP hőelemek negatív elektródája készül.
§8 Összefoglaló táblázat a hőelem típusokról
Az összefoglaló táblázat tartalmazza a szabványos kalibrációjú hőelemek főbb paramétereit. Ez a táblázat nem tartalmazza az egyedi beosztású hőelemeket, mint például a volfrám-molibdén hőelemet (lásd a 4. fejezet 3. pontját).Hőelem típus | Termoelektródák anyagai | Üzemi hőmérséklet tartomány, °C | színkódolás | |
---|---|---|---|---|
pozitív | negatív | |||
CCI (S) 2. fejezet, 6. § |
Platina ródium (10% Rh) | Platina | 0 – 1300 (1600) | |
CCI (R) 2. fejezet, 6. § |
Platina ródium (13% Rh) | Platina | 0 – 1300 (1600) | |
TPR (B) 2. fejezet, 7. § |
Platina ródium (30% Rh) | Platina ródium (6% Rh) | 600 – 1700 | |
THK (L) 2. fejezet, 2. § |
Chromel | Kopel | -200 – 700 (900) | |
THA (K) 2. fejezet, 1. § |
Chromel | Alumel | -200 – 1200 (1300) | |
TFA (J) 2. fejezet, 3. § |
Vas | Constantan | -200 – 750 (900) | |
TVR (A) 2. fejezet, 4. § |
Volfrám-rénium (5% Re) | Volfrám-rénium (20% Re) | 0 – 2200 (2500) |
Megjegyzések:
- az "Üzemi hőmérséklet-tartomány" oszlopban zárójelben a maximális üzemi hőmérséklet rövid távú használat esetén;
- a Színkódolás oszlop a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) által elfogadott színkódolást írja le.
3. fejezet Hőelem anyagok
1. § A termoelektródötvözetekre vonatkozó követelmények
A hőelemeket széles hőmérséklet-tartományban mérik különféle közegekben. Ugyanakkor a mérőműszereknek megfelelő pontosságot és elfogadható élettartamot kell biztosítaniuk. A fenti jellemzőkkel összefüggésben a hőelemek gyártásához felhasznált anyagokkal szemben speciális követelmények támasztanak.- A hőelemet alkotó termoelektródötvözetek termo-EMF-jének elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy a kívánt pontossággal le lehessen mérni. Kívánatos, hogy a termo-EMF értéke lineárisan függjön a hőmérsékleti értéktől.
- A termoelektródötvözetek olvadási hőmérsékletének magasabbnak kell lennie, mint a hőelem maximális üzemi hőmérséklete. A feltüntetett hőmérsékletek közötti különbségnek legalább 50 °C-nak kell lennie.
- A termoelektródötvözeteknek korrózióállónak kell lenniük a hőelem munkakörnyezetében. Ez a követelmény nem mindig teljesíthető, ezért ilyen esetekben védőburkolattal védik a termoelektródákat a környezettől.
- A termoelektródötvözeteket reprodukálható és egységes tulajdonságokkal kell megkülönböztetni, ha ipari méretekben gyártják őket.
- A hőelemek ötvözeteinek termoelektromos jellemzőiket a kalibrálás és az üzemeltetés során változatlanul kell tartaniuk.
- A hőelemek ötvözeteinek jó hajlékonysággal és szilárdsággal kell rendelkezniük.
2. § Nikkel és réz-nikkel ötvözetek
A nikkelt és a réz-nikkel ötvözeteket széles körben használják hőelemes termoelektródák és kompenzálóhuzalok gyártásában. A hőelemek gyártásában a legnépszerűbbek az alumel és króm nikkelötvözetek, a réz-nikkel ötvözetek - kopel és konstans.Alumel
Nikkelötvözet hőelemes termoelektródák és kompenzálóhuzalok gyártására. XA (chromel-alumel) hőelemekben használják negatív elektródaként (lásd a 2. fejezet 1. pontját). Ennek az ötvözetnek a márkája a következő jelöléssel rendelkezik: NMtsAK 2-2-1.
Kémiai összetétel
Az alumel ötvözet részét képező fő kémiai elem a nikkel (Ni). Az NMtsAK 2-2-1 ötvözet a nikkelen kívül 0,6-1,2% kobaltot (Co) tartalmaz; 1,6-2,4% alumínium (Al); 1,8-2,7% mangán (Mn); 0,85-1,50% szilícium (Si). Az arzént (As), szenet (C), vasat (Fe), foszfort (P), ólmot (Pb), ként (S) és néhány más anyagot tartalmazó szennyeződések összege 0,7%.
Fizikai tulajdonságok
Mechanikai tulajdonságok
Chromel
Nikkelötvözet hőelemes termoelektródák és kompenzálóhuzalok gyártására. Az XA (chromel-alumel), XK (chromel-kopel) hőelemekben pozitív elektródaanyagként használják (lásd a 2. fejezet 2. pontját). Ennek az ötvözetnek a márkája a következő jelöléssel rendelkezik: HX 9.5.
Kémiai összetétel
A fő kémiai elem, amely a krómötvözet részét képezi, a nikkel (Ni). A HX 9,5 ötvözet a nikkelen kívül 0,6-1,2% kobaltot (Co) és 9,0-10,0% krómot (Cr) tartalmaz. Az arzént (As), szenet (C), vasat (Fe), foszfort (P), ólmot (Pb), ként (S) és néhány más anyagot tartalmazó szennyeződések összege 1,4%.
Fizikai tulajdonságok
Mechanikai tulajdonságok
Kopel
Réz-nikkel ötvözet hőelemes termoelektródák és kiegyenlítő huzalok gyártására. XK (chromel-kopel) hőelemekben használják negatív elektróda anyagaként (lásd a 2. fejezet 2. pontját). Ennek az ötvözetnek a márkája a következő jelöléssel rendelkezik: МНМЦ 43-0,5.
Kémiai összetétel
A kopel ötvözetet alkotó fő kémiai elemek a nikkel (Ni), a kobalt (Co) és a réz (Cu). A nikkel + kobalt (Ni + Co) tartalma 42,5-44,0%, a többi réz (Cu). Az MNMts 43-0,5 ötvözet a nikkelen kívül 0,1-1,0% mangánt (Mn) tartalmaz. Az arzént (As), szenet (C), vasat (Fe), foszfort (P), ólmot (Pb), ként (S) és néhány más anyagot tartalmazó szennyeződések összege 0,6%.
Fizikai tulajdonságok
Mechanikai tulajdonságok
Constantan
Réz-nikkel ötvözet hőelemes termoelektródák és kiegyenlítő huzalok gyártására. LCD hőelemekben (vas-konstans) használják a negatív termoelektród anyagaként (lásd a 2. fejezet 3. pontját). Ennek az ötvözetnek a márkája a következő jelöléssel rendelkezik: МНМЦ 40-1.5.
Kémiai összetétel
A konstans ötvözetet alkotó fő kémiai elemek a nikkel (Ni), a kobalt (Co) és a réz (Cu). A nikkel + kobalt (Ni + Co) tartalma 39,0-41,0%, a többi réz (Cu). Az MNMts 40-1,5 ötvözet a nikkelen kívül 1,0-2,0% mangánt (Mn) tartalmaz. Az arzént (As), szenet (C), vasat (Fe), foszfort (P), ólmot (Pb), ként (S) és néhány más anyagot tartalmazó szennyeződések összege 0,9%.
Fizikai tulajdonságok
Mechanikai tulajdonságok
3. § Tűzálló fémek és ötvözetek
A tűzálló fémeket és ötvözeteket széles körben használják a magas hőmérséklet mérésére szolgáló hőelemes termoelektródák gyártásában. A hőelemek gyártásában a legnépszerűbbek a VR wolfram-rénium ötvözetek, a tűzálló fémek a volfrám és a molibdén.Volfrám-rénium ötvözetek
A hőelemek gyártásához használt legelterjedtebb volfrám-rénium ötvözetek a BP5 és BP20 ötvözetek. Ezeket az ötvözeteket VR hőelemek (volfrám-rénium - volfrám-rénium) termoelektródák gyártására használják (lásd a 2. fejezet 4. pontját).
Kémiai összetétel
A BP ötvözetek fő összetevője a volfrám (W). A minőségtől függően minden ötvözet eltérő mennyiségű réniumot (Re) tartalmaz. Tehát a VR5 ötvözet 5±0,5% réniumot (Re), a VR20 - 20±0,5% réniumot (Re) tartalmaz. Ezekben az ötvözetekben a szennyeződések és adalékanyagok tartalma nem haladhatja meg a 0,1%-ot.
Volfrám
A tűzálló fém wolfram alkalmazást talált a magas hőmérsékletű hőelemek gyártásában. Erre a célra VRN műszaki tisztaságú volfrámot használnak. Ezt a tűzálló fémet a BM (volfrám-molibdén) hőelem pozitív elektródáinak gyártásához használják (lásd a 2. fejezet 5. pontját).
Kémiai összetétel
A VRN minőségű volfrám legalább 99,85% volfrámot (W) és legfeljebb 0,040% molibdént (Mo), 0,005% szilíciumot (Si), 0,011% kalciumot (Ca), 0,005% nikkelt (Ni), 0,013% vasat + alumíniumot tartalmaz (Fe + Al).
Molibdén
A tűzálló fém-molibdén alkalmazást talált a magas hőmérsékletű hőelemek gyártásában. Erre a célra műszaki tisztaságú MCH molibdént használnak. Ezt a tűzálló fémet a BM (volfrám-molibdén) hőelem negatív elektródáinak gyártásához használják (lásd a 2. fejezet 5. pontját).
Kémiai összetétel
A molibdén minőségű MCH legalább 99,85% volfrámot (W) és legfeljebb 0,040% molibdént (Mo), 0,005% szilíciumot (Si), 0,011% kalciumot (Ca), 0,005% nikkelt (Ni), 0,013% vasat + alumíniumot tartalmaz (Fe + Al).
4. § Nemesfémek és ötvözetek
Platina
A nemesfém platina nagy mérési pontosságú hőelemek előállítására szolgál. Erre a célra tiszta platina minőségű PLT-t használnak. A negatív termoelektródák platinából készülnek PP (platina-ródium-platina) hőelemekben.
Kémiai összetétel
A hőelemes termoelektródák gyártásához tiszta platinát (100% Pt) használnak, amelyben az R100/R0 értéknek legalább 1,3910-nek kell lennie.
Platina ródium
Platina és ródium ötvözete, amelyet hőelem-elektródák készítésére használnak. Ezen a területen a legszélesebb körben használt platinaötvözetek a PR10, PR13, PR6, PR30 ródiumminőséggel. A PR10, PR13 ötvözeteket PP (platina-ródium-platina) hőelemekben használják. Ezekből az ötvözetekből pozitív termoelektródák készülnek. PR30 és PR6 ötvözeteket használnak a PR hőelemekben (platina-ródium-platina-ródium). Ezeket az ötvözeteket pozitív, illetve negatív termoelektródák előállítására használják.
Kémiai összetétel
A platina-ródium ötvözetek fő kémiai eleme a platina. A platina és a ródium százalékos aránya az ötvözet minőségétől függően változik. A szennyeződések tartalma nem szabványosított, de a platina és a ródium 99,95%-nál nagyobb tisztaságú ötvözetek előállítására való felhasználására korlátozódik. PR6 ötvözet - 94% platina (Pt), 6% ródium (Rh); PR10 - 90% platina (Pt), 10% ródium (Rh); PR13 - 87% platina (Pt), 13% ródium (Rh); PR30 - 70% platina (Pt), 30% ródium (Rh).
4. fejezet Hőelem gyártás
§1 Termoelektróda huzal gyártása
A termoelektród huzalt hőelem elektródák gyártására használják. Ezt a vezetéket a nemzeti szabványok vagy előírások követelményeinek megfelelően gyártják, a hőelem típusától függően. Szabványok és előírások az irányadók kémiai összetétel, fizikai tulajdonságokötvözetek, amelyekből a huzal készül, valamint mechanikai tulajdonságai, méretei és határeltérései.Például a króm-alumínium hőelemek huzaljának meg kell felelnie a GOST 1790-77 követelményeinek. A termoelektródák gyártására vonatkozó meghatározott szabványnak megfelelően a következő átmérőjű huzalt használják: 0,2; 0,3; 0,5; 0,7; 1,2; 1,5; 3,2; 5 mm. Ezenkívül ez a szabvány szabályozza a chromel-kopel, chromel-constantan termoelemek termoelektródáinak vezetékének átmérőjét. A GOST 1791-67 meghatározza annak a huzalnak az átmérőjét, amelyből a chromel-kopel, a chromel-alumel és a platina-ródium-platina hőelemek hosszabbító vezetékei készülnek. A megadott szabvány szerint a huzal átmérője 0,20 lehet; 0,30; 0,40; … 1,00; … 2,50 mm. A TU 11-75 szabályozza a huzal méreteit a volfrám-rénium hőelem elektródák gyártásához. 0,10 átmérőjű huzal készül; 0,20; 0,35 és 0,50 mm.
Adott átmérőjű termoelektróda huzalt kapunk a broach technológiai működése során. A szükséges huzalátmérőtől függően vagy egy rudat, vagy egy nagyobb átmérőjű huzalt használnak munkadarabként. A betörés több szakaszban is végrehajtható. Az anyagtól függően, amelyből a huzal készült, a húzási folyamat hevítéssel, valamint kenés jelenlétében is végrehajtható. A húzás után a huzalt további hő- vagy vegyi kezelésnek vethetik alá a zsír eltávolítása és a tulajdonságok javítása érdekében. Például egy hőelem huzal elektródákhoz és hosszabbító vezetékek XA, XK hőelemekhez hőkezelve van. A termoelem huzal wolframból és molibdénből történő előállításának folyamatáról a cikkekben és a.
§2 Egyezés
A hőelem gyártása során szükségessé válik a különböző ötvözetekből készült termoelektródapár kiválasztása oly módon, hogy a hőelem által adott hőmérsékleteken kialakult valós termoelektromos teljesítmény eltérései minimálisak legyenek a standard értékektől. Jelenleg számos technika létezik, amelyek lehetővé teszik az ilyen kiválasztást.A párat alkotó elektródák kiválasztásának biztosításához ismerni kell azok termoelektromos tulajdonságait, ha ugyanazzal a referencia termoelektródával dolgozik. Referencia termoelektródaként tiszta platinából készült elektródát használnak.
A referencia termoelektróda anyagaként a platinát a következő okok miatt választották:
- ennek a fémnek nagy a kémiai tehetetlensége;
- ennek a fémnek jól tanulmányozott fizikai tulajdonságai vannak;
- Ennek a fémnek meglehetősen magas olvadáspontja van.
3. § Hőelemek besorolása és ellenőrzése
A hőelem fő célja a hőmérséklet mérése. A hőmérséklet változása termo-EMF kialakulásához vezet az elektromos áramkörben, amely magában foglalja a hőelem elektródákat. Így a szintén az elektromos áramkörbe tartozó mérőeszköz határozza meg a termo-EMF változását (lásd 1. fejezet 1. §). De a végső cél a hőmérséklet meghatározása. Ennek megfelelően össze kell hasonlítani az egyes termo-EMF értékeket meghatározott hőmérsékleti értékekkel. A termoelektromos hőmérő skálájának fokokat kell mutatnia.A hőelemek nagyjából két csoportra oszthatók:
- névleges statikus átalakítási jellemzőkkel (standard beosztásokkal);
- egyéni érettségivel (nem szabványos érettségivel).
Az egyedi kalibrációval rendelkező hőelemek esetében a termo-EMF nem függ a hőmérséklettől, amelyet az állami szabványok határoznak meg. A csoport minden hőelemét kalibrálni kell. Az ilyen hőelemek kalibrálási módszerei egybeesnek a szabványos hőelemek kalibrálási módszereivel. Ilyen termoelektromos átalakítók például a wolfram-molibdén, volfrám-tantál, titán-karbid-grafit hőelemek és néhány más.
Különböző tényezők miatt egy adott hőelem leolvasása eltérhet a szabvány által szabályozott értékektől (a mérési hibák okait az 1. fejezet 4. pontja ismerteti). Ebben a tekintetben el kell végezni a hőelemek ellenőrzését. Ezt a műveletet az új szabványos típusú hőelemeknél végezzük, hogy meghatározzuk pontossági osztályukat, és adott gyakorisággal minden hőelemre működés közben, a mérések pontosságának ellenőrzésére. A szabványos típusú hőelemek esetében az ellenőrzést a GOST 8.338-2002 „Termoelektromos átalakítók” előírásai szerint kell elvégezni. Ellenőrzési módszerek.
Négy fő módszer létezik a hőelemek ellenőrzésére:
- közvetlen összehasonlítási módszer;
- különbség (differenciális) módszer;
- elektróda összehasonlító módszer;
- kiindulási pontok szerint.
A közvetlen összehasonlító módszernek megfelelően a referencia hőelemek működési csomópontjait tartalmazó fűtőberendezésben a hőmérsékletet a referencia hőelem segítségével határozzuk meg, majd mérjük az ellenőrzött hőelemek által kifejlesztett termo-EMF-et. A kemencét a megadott hőmérsékletre kell felfűteni, legfeljebb ±10 °C tűréshatárral. Ellenőrzött hőelemek termo-EMF mérése során a munkapont hőmérséklete (a kemencében) nem változhat 0,4 °C/percnél nagyobb mértékben. Ezt a módszert a működő (műszaki) hőelemek ellenőrzésére használják.
Különbség (differenciál) módszer
A különbségi módszer nagyobb pontosságot ad, mint a közvetlen összehasonlító módszer. Ebben a módszerben a referencia és az ellenőrzött hőelemek közötti termo-EMF különbséget mérik. A kalibrált hőelem termo-EMF-ét számítással kapjuk meg a termo-EMF és a referencia-hőelem termo-EMF-je közötti mért különbség alapján. Ezt a módszert referencia hőelemek ellenőrzésére is használják.
Elektróda összehasonlító módszer
Az elektródánkénti összehasonlítási módszer abból áll, hogy a fűtőberendezésben egy referencia hőelem leolvasása alapján beállított bizonyos hőmérsékleteken termo-EMF-et mérnek a referencia és az ellenőrzött hőelemek ugyanazon elektródái között. A kapott termo-EMF értékek alapján kiszámítjuk a kalibrált hőelem termo-EMF-jét. Ezt a módszert referencia hőelemek ellenőrzésére is használják.
Ellenőrzési módszer a kiindulási pontokon
Ez a módszer lehetővé teszi a hőelemek ellenőrzését a tiszta fémek olvadási (szilárdulási) pontjain, és nagyobb kisülésű referencia hőelemek ellenőrzésére szolgál.
A következő pontokat választották referenciapontnak:
- a réz megszilárdulási pontja (1084,620 °C);
- alumínium megszilárdulási pontja (660,323 °C);
- a cink keményedési pontja (419,527 °C).
A hőátalakítók (hőelemek) termo-EMF referenciaértékei a megfelelő referenciapontokon:
- a réz megszilárdulási pontja 10574 ± 30 μV;
- alumínium megszilárdulási pontja - 5860 ± 17 μV;
- a cink megszilárdulási pontja 3447 ± 14 μV.
Ha az ellenőrzési követelmények nem teljesülnek, a hőelemet elutasítják, vagy alacsonyabb pontossági osztályba helyezik át. Kalibrálási intervallumok(ellenőrzés gyakorisága) szabályozzák normatív dokumentumok(szabványok, specifikációk és egyebek) a megfelelő típusú hőelemekhez.
Következtetés
Ez a cikk a hőelemekkel kapcsolatos különféle szempontokat tárgyalja - cél, működési elv, típusok, gyártás.A hőelemeken alapuló termoelektromos hőmérők jelenleg az egyik legelterjedtebb hőmérsékletmérés eszközei. Ezt bizonyítja a hőelemek nagy száma, valamint az ebben a cikkben ismertetett termoelektromos hőmérők tervei.
A hőelemekre vonatkozó követelményeket szabályozó helyi és nemzetközi szabványok jelenléte nagyban leegyszerűsíti azok kiválasztását és működését.
A hőelem működési elvének és gyártási folyamatának leírása lehetővé teszi, hogy megkapja alapkészlet ismeretek, hasznosak a termoelektromos hőmérőkkel való közvetlen munkához.
Bibliográfia
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Thermocouple – Hőelem
- Garcia V. – Hőmérsékletmérés: elmélet és gyakorlat
- https://slovari.yandex.ru/~books/TSB/Thermometry/ - Hőmérő
- Preobraženszkij V.P. – Hőtechnikai mérések és eszközök…
- Zimin G.F. – Termoelektromos átalakítók ellenőrzése és kalibrálása…
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Getter_(getter) - Getter (getter)
- http://metallurgicheskiy.academic.ru/2094/Gáztömörség – Gáztömörség
- Nikonov N.V. - Volfrám. Tulajdonságok, alkalmazás, gyártás, termékek (http://www..pdf)
- Nikonov N.V. – Hőelemek. Típusok, jellemzők, kivitelek, gyártás (http://www..pdf)
- https://en.wikipedia.org/wiki/Graduation – Érettségi
- http://temperatures.ru/pages/graduirovochnye_tablicy - Kalibrációs táblázatok hőelemekhez (NSH)
- GOST R 8.585-2001 „Hőelemek. Névleges statikus átalakítási jellemzők"
- GOST 8.338-2002 „Termoelektromos átalakítók. Ellenőrzési módszerek »
- GOST R 8.611-2005 „Platina-ródium-platina referencia termoelektromos konverterek az 1., 2. és 3. kategóriában. Ellenőrzési módszer"
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Temperature_electric_resistance_coefficient – Az elektromos ellenállás hőmérsékleti együtthatója
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Coefficient_of_thermal_expansion – Hőtágulási együttható
- https://en.wikipedia.org/wiki/Ferromágnesesség – Ferromágnesesség
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Paramagnets - Paramagnets
- -200 °C és +1000 °C közötti hőmérséklet mérésére szolgál (ajánlott határérték a termoelektróda huzal átmérőjétől függően).
- A 200 és 500 °C közötti hőmérsékleti tartományban hiszterézis hatás léphet fel, amikor a fűtés és hűtés során mért értékek eltérhetnek. Egyes esetekben a különbség eléri az 5 °C-ot.
- Semleges atmoszférában vagy felesleges oxigénnel rendelkező atmoszférában működik.
- A termikus öregítés után a leolvasások csökkennek.
- A termo-emf megváltozhat, ha ritka atmoszférában használják, mint pl a Ni-Cr kimenetből króm szabadulhat fel (ún. migráció). Ebben az esetben a hőelem alulbecsült hőmérsékletet mutat.
- A kénes atmoszféra káros a hőelemre, mint mindkét elektródát érinti.
- -200 °C és +800 °C közötti hőmérséklet mérésére szolgál (ajánlott határérték a termoelektróda huzal átmérőjétől függően).
- -40 °C és +900 °C közötti hőmérséklet mérésére szolgál.
- Nagy az érzékenysége, ami plusz.
- Az elektródák anyagai termoelektromos homogenitásúak.
- -250 °C és +300 °C közötti hőmérséklet mérésére szolgál.
- Működhet olyan légkörben, ahol enyhe oxigénfelesleg vagy oxigénhiány van.
- Az ilyen típusú hőelemek használata 400 °C feletti hőmérsékleten nem javasolt.
- Nem érzékeny a magas páratartalomra.
- Mindkét vezeték lágyítható a termoelektromos folytonossági zavart okozó anyagok eltávolítására.
- A páralecsapódás miatt rozsda képződhet a vaskapcson.
- Jól működik kisült légkörben.
- A maximális alkalmazási hőmérséklet 500 °C, mert e felett a vezetékek gyors oxidációja megy végbe. Mindkét ólom gyorsan megsemmisül kéntartalmú atmoszférában.
- A termikus öregedés után az értékek nőnek.
- Alacsony költség, mert A hőelem vasat tartalmaz.
- 0 és 760 °C közötti hőmérséklet mérésére szolgál.
- Magas hőmérséklet mérésére 0 és 2500 °C között inert környezetben.
- Ez egy viszonylag új típusú, a K-típusú hőelemre kifejlesztett hőelem, amely magas hőmérsékleten könnyen szennyeződhet szennyeződésekkel. Mindkét elektróda szilíciummal való olvasztásával lehetővé válik a hőelem előzetes szennyeződése, és ezzel csökkenthető a további szennyeződés veszélye a működés során.
- Ajánlott üzemi hőmérséklet 1200°C-ig (a huzalátmérőtől függően), rövid távú üzemelés 1250°C-on lehetséges.
- Nagy stabilitás 200 és 500 °C közötti hőmérsékleten (jelentősen kisebb hiszterézis, mint a K típusú hőelemnél).
- A legpontosabb nem nemesfém hőelemnek tartják.
A nemesfém hőelemek típusai és jellemzőik
1. B típus (platina-ródium-platina-ródium)- A maximális hőmérséklet, amelyen a hőelem működhet, 1500 °C (a huzal átmérőjétől függően).
- Rövid távú használat 1750 °C-ig lehetséges.
- 900 °C feletti hőmérsékleten hidrogén-, szilícium-, réz- és vasgőzök szennyezik. De ez a hatás kisebb, mint az S és R típusú hőelemeknél.
- Oxidáló környezetben is működhet.
- Nem ajánlott 600 °C alatti hőmérsékleten használni, ahol a termo-EMF nagyon kicsi és nem lineáris.
- A maximális hőmérséklet, amelyen a hőelem működhet, 1350 °C.
- Rövid távú használat 1600 °C-ig lehetséges.
- 900 °C feletti hőmérsékleten a hidrogén-, szén-, réz- és vasgőzök által okozott szennyezés hatása van. Ha a platinaelektróda vastartalma 0,1%, a termikus EMF több mint 1 mV-tal (100 °C) változik 1200 °C-on és 1,5 mV-tal (160 °C) 1600 °C-on. Ugyanez a kép figyelhető meg a rézszennyeződésnél. Következtetés: az ilyen típusú hőelemeket nem lehet acélcsővel megerősíteni, vagy az elektródákat gáztömör kerámiával kell szigetelni a csőtől.
- Oxidáló légkörben is működhet.
- 1000°C feletti hőmérsékleten a hőelem szennyeződhet szilíciummal, amely bizonyos típusú védőkerámia anyagokban jelen van. Fontos, hogy nagy tisztaságú alumínium-oxidból készült kerámia csöveket használjunk.
- 400 °C alatt nem ajánlott használni, mert ezen a területen a termo-EMF kicsi és rendkívül nemlineáris.
- Tulajdonságai megegyeznek az S típusú hőelemekkel.
Hőátalakító (átalakító, hőmérséklet-érzékelő)- ez egy mérőeszköz (eszköz), amely a mért hőmérsékletet jellé (NSH) alakítja át a későbbi továbbítás, feldolgozás vagy rögzítés céljából a TP automatizálás segítségével.
Ez a rész a szállított termoelektromos átalakítók (hőelemek) következő típusait és márkáit mutatja be - TP (TXA, TKhK, CCI, TPR, TGK, TVR stb.):
TP (TXA, THC) -2088, -2388, -2187, -2188, -1085, -2488, -0195(0295, 0395), -0188(0198, 0199);
TP008(THA, THK-008);
TPK, TPL-005, -004, -001,
ТХА(ТХК) -1…18;
Kereskedelmi és Iparkamara (TPR) -023, -178,
TTPP, TTPR-53.
A termoelektromos átalakítók (hőelemek) típusai és márkái - TP.
Termikus konverterek NSH - TP: ТХК(L), ТХА(K), ТПП(S,R), ТPR(B), ТЖК(J), ТНН(N), TVR(A-1,2,3), ТМК( T).
THC- Termoelektromos átalakító (hőelem ХК - chromel-kopel (L)), hőmérséklet mérési tartomány -200…+600С (max 800С)).
THA- Termoelektromos átalakító (XA hőelem - chromel-alumel (K)), hőmérséklet mérési tartomány -200…+1100С (max 1300С)).
CCI- Termoelektromos átalakító (PP hőelem - platina-platina (S,R)), hőmérséklet mérési tartomány 0…+1300С (max 1700С)).
TPR- Termoelektromos átalakító. (PR termoelem - platina-ródium (B)), hőmérséklet mérési tartomány +600…+1600С (max +200…1800С)).
TGK- Termoelektromos átalakító. (hőelem LCD - vas-konstantán (J)), hőmérséklet mérési tartomány -40 ... + 800С (max -200 ... + 1200С)).
TVR- Termoelektromos átalakító (VR hőelem - wolfram-ródium (A)), hőmérséklet mérési tartomány - A1(max 0...+2500C), A2(max 0...+1800C), A3(max 0...+1600C) )).
TNN- Termoelektromos átalakító (hőelem – НН(N)), tartomány -200…+1100С (max. 1300С).
TMK- Termoelektromos átalakító (hőelem - MK(T)), tartomány -200…+400С.
TP(TXA, THC)-2088, TP-2388, TP-2187, TP-1085, TP-2488, TP-0195(0295, 0395), TP-0188(0198, 0199).
TP-008(A,B,C,D,E,F,G,I,K,L,M,N,P típus) - termoelektromos átalakítók ТХА-008, ТХК-008.
TPK, TPL-005- termoelektromos átalakítók (hőelemek) kapcsolófejjel 195, 205, 215, 265, 275, 285, 295, továbbá 2TPK, 2TPL).
TPL-004- termoelektromos átalakítók hőelem kábellel (TPL-054, 064, 074, 084, 094, 104, 114, 124, 134, 144, 154, 164, 174, 184, 194, 204, továbbá).
TPK, TPL-001- termoelektromos átalakítók (hőelemek) felülete be puha szigetelés(TPK, TPL-011, 021, 031, 041).
ТХА, ТХК-1…18- Termoelektromos hőmérséklet-átalakítók (hőelemek).
TTPP-53, TTPR-53
– magas hőmérsékletű hőátalakítók (TTPP-53 1300C-ig, TTPR-53 600-1600C-ig).
CCI-023, TPR-023
– magas hőmérsékletű hőátalakítók korundszalmában (hasonlóan a CCI/R-1888-hoz).
TPP-178, TPR-178
- magas hőmérsékletű hőátalakítók korund tokban (hasonlóan a CCI/R-1788-hoz).
Szerelési és rögzítési szerelvények hőelemekhez
Főnökök BP, BS, BP
(a főnökök a hőátalakítók és a védőhüvelyek működési helyére való felszerelésre szolgálnak).
Védőhüvelyek GZ-015, GZ-016, GT-015, GZ-6.3/25/50
(a védőhüvely hőátalakítók tárgyakra történő felszerelésére szolgál, és védelmet nyújt a munkakörnyezet nyomásával szemben).
Mozgatható szerelvény ShP
(a mozgatható szerelvények a hőelemek bemerülési mélységének rögzítésére és szabályozására szolgálnak a mért hőmérsékleti zónában).
Vezetékek és kábelek hőelemekhez
Termoelektróda kábelek
(kompenzáló hőelem kábel KTK, KTL);
Szerelési és termoelektróda vezetékek.
TOVÁBBI INFORMÁCIÓ:
Hőelektromos átalakítók (TP) - hőelemek (TKhK(L), TXA(K), TPP(S,R), TPR(B), TGK(J), TNN(N), TVR(A-1,2,3) , TMK(T)).
A TXA, TKhK, TPP, TPR stb. típusú hőelem (termoelektromos átalakító) két, egyik végén forrasztott, eltérő termoelektromos tulajdonságú fémekből készült vezetőből áll. A forrasztott vég, az úgynevezett "munka csomópont", a mért közegbe merül, és a hőelem szabad végei ("hideg csomópont") a másodlagos eszköz (hőmérsékletmérő-szabályozó) bemenetére csatlakoznak. A hőelemek működési elve azon a tényen alapul, hogy a termoelektromos átalakító (hőelem) áramkörében a "dolgozó" ("forró") és a "hideg csomópontok" közötti hőmérséklet-különbségnél a termo-EMF önképződni kezd (generálódik), amely minden típusú hőelemhez (TXA, TKhK, TPP, TPR stb.) rendelkezik bizonyos hőmérséklet-függéssel - NSH (névleges statikus karakterisztika- ХА, ХК stb.), amely a hőátalakító kimeneti jele, és a felvevő készülékek bemeneti jelként érzékelik.
Mivel a termo-EMF függ a hőelem két csomópontja közötti hőmérséklet-különbségtől, a helyes leolvasás érdekében ismerni kell a "hideg csomópont" hőmérsékletét, hogy ezt a különbséget a további számítások során kompenzálni tudjuk.
A hőelemekkel való működésre szánt bemenetek módosításai a hőelem szabad végeinek automatikus hőmérséklet-kompenzálására szolgáló áramkörrel rendelkeznek. A hideg csatlakozási hőmérséklet-érzékelő egy félvezető dióda, amely a csatlakozó sorkapocs mellé van szerelve.
A hőelemeket speciális kompenzáló (termoelektróda) vezetékekkel kell a készülékhez csatlakoztatni Ugyanabból az anyagból készül, mint a hőelem. Az üzemi hőmérsékleti tartományban megengedett olyan fémhuzalok használata, amelyek hőelemei hasonlóak a hőelemes elektródákhoz. A kiegyenlítő vezetékek hőelemre és a készülékre történő csatlakoztatásakor szigorúan be kell tartani a polaritást.
Annak érdekében, hogy elkerüljük a zaj hatását a készülék mérőrészére, javasolt a készülék és az érzékelő közötti kommunikációs vezeték árnyékolása. Képernyőként használható, pl. földelt acélcső.
Ha ezeket a feltételeket megsértik, jelentős mérési hibák léphetnek fel.
A másodlagos eszközzel (hőmérsékletmérő - hőmérsékletszabályozó) érzékelő csatlakozóvezeték (hőelektromos átalakító - hőelem) javasolt paraméterei:
Tervezés vonalak - termoelektromos kompenzáló kábel.
A maximális vezetékhossz legfeljebb 20 méter.
A maximális vezetékellenállás legfeljebb 100 ohm.
Másodlagos eszközök: hőmérsékletmérők-szabályozók.
A hőátalakítók (ellenálláshőmérők, hőelemek, egységes kimeneti jellel (mA, V) rendelkező érzékelők, amelyek elsődleges hőmérsékletmérő eszközök (érzékelők) a másodlagos mérő- és vezérlőberendezések - mérőszabályzók - által érzékelt jelet (НХ, mA, V) állítanak elő. és hőmérséklet-rögzítők.
Az egyszerű hőmérsékletmérő-szabályozók a következő funkcionális blokkokból állnak:
bemenetek - különféle típusú érzékelők csatlakoztatására szolgálnak a készülékhez; bemeneti jel feldolgozó blokk - tartalmazza az érzékelők leolvasásának korrekcióját, digitális szűrőket, további mennyiségek (különbségek, arányok stb.) kalkulátorait;
logikai eszközök (LU) - vezérlőjelek formája a kimeneti eszközökhöz;
kimeneti eszközök (VU) - rögzítési vagy vezérlőjelek továbbítására szolgálnak a működtetőkhöz.
Hogyan válasszunk és rendeljünk (vásároljunk) hőelemet.
1. Világosan határozza meg, hogy milyen célokra van szüksége hőátalakítóra, milyen körülmények között fog működni; hogyan és milyen pontossággal és gyakorisággal valóban szükséges a mérések elvégzése.
2. Válassza ki, hogy a hőmérséklet-érzékelő melyik típusa és módosítása felel meg igazán Önnek, és milyen funkcionalitásra van igazán szükség (mert mindenféle "túllépés" indokolatlanul drága lehet).
3. Ellenőrizze, hogy van-e elég specifikációkés paraméterei a helyes rendeléshez (lásd megrendelőlapokat).
4. Mit opcionális felszerelés szükséges még (beépítési és rögzítési szerelvények és elemek (fülek, védőhüvelyek, stb.) segédblokkok, szerelvények, készülékek, termoelektróda kiegyenlítő kábel (hőelemekhez), szerelőhuzal, stb.).
5. Mennyi felszerelést és többletköltséget (beleértve a csomagolást és a szállítást) hajlandó fizetni.
6. Képes-e döntéseket hozni a projekt változtatásairól, és érdekelhetik-e a modern analógok javaslatai, amelyek jobb ÁR-MINŐSÉG arányt mutatnak (mérnökeink szerint).
7. Milyen fizetési mód és szállítási határidő elfogadható az Ön számára (kérjük, vegye figyelembe, hogy a részleges előrefizetés vagy a megrendelés sürgős végrehajtása ("soron kívül") néha a termékek árának enyhe növekedéséhez vezethet).
8. Milyen módon kényelmesebb Önnek a termékek átvétele (saját átvétel, kiszállítás, szállítási akció keretében vagy egyéb módon).
Copyright © 2008 TeploKIP. Műszerek és vezérlés - Hőelemek - termoelektromos átalakítók (TP): TKhK (L), TXA (K), Kereskedelmi és Iparkamara (S, R), TPR (B), TGK (J), TNN (N), TVR ( A), TMK (T ) és egyéb hőátalakítók.
Hőelem- két különböző anyagú vezető, amelyek az egyik végén vannak összekötve, és egy olyan eszköz részét képezik, amely termoelektromos hatást használ a hőmérséklet mérésére.
A következő típusú hőelemek léteznek:
R- CCI (platina - 13% ródium/platina)
S- CCI (platina - 10% ródium / platina)
B- TPR (platina - 30% ródium / platina - 6% ródium)
J- TFA ((vas/réz - nikkel (vas/konstantán))
T- TMK (réz/réz - nikkel (réz/konstans))
E- THKn (nikkel - króm / réz - nikkel (króm / konstans))
K- THA (nikkel - króm / nikkel - alumínium (króm / alumel))
N- ТНН (nikkel - króm - szilícium / nikkel - szilícium (Nichrosil / Nisil))
A (A-1, A-2, A-3)- TVR (volfrám - rénium / volfrám - rénium)
L- THC (Chromel/kopel)
M- TMK (réz/copel)
A hőelemek nem igényelnek kiegészítő tápegységet, és széles mérhető hőmérséklet-tartományban rendelkeznek. Azonban észrevehető nemlinearitásuk van a konverziós jellemzőben. Bizonyos problémákat az okoz, hogy figyelembe kell venni (vagy kompenzálni) a hőelem szabad végei hőmérsékletének a mérési eredményre gyakorolt hatását. Ezenkívül az alacsony kimeneti feszültség (és a viszonylag alacsony érzékenység) meglehetősen érzékeny másodlagos átalakítókat (erősítőket) és/vagy kimeneti eszközöket igényel.
A hőelemeken alapuló műszereket és átalakítókat széles körben használják. A hőelemeken alapuló kompakt digitális hőmérők jelenleg a fő és legnépszerűbb hőmérsékletmérési eszközök.
Hőelem kimenet - állandó nyomás- meglehetősen könnyen átalakítható digitális kóddá, vagy egyszerű eszközökkel mérhető (például kis méretű digitális multiméterrel). Hőelemek csatlakoztathatók további átalakításhoz különböző másodlagos mérőátalakítókká (műszerekké), mind analóg, mind digitálisan, statikus és dinamikus mérésekhez.
A hőelemekkel mért hőmérsékleti tartomány meglehetősen széles: -200 és +2000 °C között. A hőelemes mérőórákat nagy pontosság és érzékenység, az átalakítási jellemzők jó ismételhetősége jellemzi. A tipikus kimeneti feszültség tartomány 0...50 mV (a hőelemben felhasznált anyagoktól függően), a jellemző hőmérséklet-átalakítási együttható (a hőelem érzékenysége) a 10...50 µV/°C tartományba esik.
A TP egyes típusainak fő jellemzői
A tipikus hőmérsékletmérés gyakorlatában leggyakrabban háromféle hőelemet használnak: J, K, T.
Hőelemek J típus minimális költséggel, nagy érzékenységgel, közepes pontossággal rendelkeznek, de extrém hőmérsékleten (1000 °C felett) nem (nem szabad) hosszú ideig használni, mivel a kalibrációs jellemzőik sérülnek.
Hőelemek K típusúÁtlagos költség, átlagos pontosság, jó érzékenység és széles hőmérséklet-tartomány (1300 °C-ig) jellemzik. Ez a típusú hőelem a leggyakoribb.
Hőelemek T típusúátlagos költséggel, átlagos érzékenységgel és nagy pontossággal rendelkeznek. Alacsony hőmérsékleten történő munkára alkalmasak.
Típusú hőelemek RÉs S.