Стартовая >> Книги >> Учеба >> Очерки развития термоэлектричества

Среднетемпературные измерения - Очерки развития термоэлектричества

Оглавление
Очерки развития термоэлектричества
Открытие основных термоэлектрических эффектов
Основные направления термоэлектричества
Связь термоэлектричества с другими научно-техническими направлениями
Феноменологическая теория
Гальванотермомагнитные эффекты
Современное состояние теории термоэлектрических явлений
Микроскопическая теория термоэлектрических явлений
История развития термоэлектрического материаловедения
Современное состояние термоэлектрического материаловедения
История термоэлектрической энергетики
Современное состояние термоэлектрической энергетики
Солнечные термогенераторы
Радиоизотопные термогенераторы
Термогенераторы с другими источниками тепла
История развития термоэлектрического охлаждения
Современное состояние термоэлектрического охлаждения
История развития термоэлектрической термометрии
Области применения термопар
Технические возможности термопар
Влияние внешних магнитных полей
Термоэлектрическая нестабильность термопар
Низкотемпературные термопары
Среднетемпературные измерения
Инерционность термопар, микротермопары
Тонкопленочные термопары
История развития термоэлектрических приемников излучения
Современное состояние в области термоэлектрических приемников излучения
История развития электроизмерительных преобразователей
Современное состояние в области термоэлектрических приемников излучения
История развития термоэлектрической микрокалориметрии
Современное состояние микрокалориметрии
Термоэлектрическая теплометрия
Термоэлектромеханические преобразователи
Другие термоэлектрические приборы
Список сокращенных названий институтов, литературы

Для измерений температур до 1200 °С наиболее широкое распространение получили стандартные термопары хромель — копель и хромель — алюмель. Однако они недостаточно стабильны, так как при нагреве до 500 °С в термоэлектродах из этих материалов происходят внутренние изменения, а при более высоких температурах — их окисление. Обусловленные этими причинами погрешности при измерениях па уровне 1000 °С могут достигать 10 °С в случае непрерывной работы в точение 1000 ч [18, 64, 103]. Поэтому во многих странах мира ведется исследовательская работа по расширению класса термоэлектронных материалов для среднетемпературных измерений. В Индии для измерения температур 0—250 °С употребляются термопары медь — адванс и медь — молибденит [97, 105]. В США широко используются термопары никросил-нисил, представляющие собой сплавы на основе никеля с добавками хрома и кремния (никросил) и никеля с примесью кремния и марганца (нисил). На аналогичной основе в нашей стране разработана термопара сильх — силин; но сравнению с зарубежным аналогом она имеет более высокую чувствительность [64, 66, 103].
Для измерений до температур 1200—1300 °С часто используют термоэлектрические преобразователи платина-платинородий, платинородий — платинородий. Усиленные поиски в области термопарных материалов вызвали стремление заменить термопару такого типа другой, эквивалентной ей по свойствам, но более низкой по стоимости. Исследования показали, что разработать термопару - заменитель на основе неблагородных материалов невозможно. В связи с этим были предприняты попытки создать высокочувствительную и высокостабильную термопару из сплавов палладия — аналога платины. Следует отметить, что исследования палладия в качестве термоэлектродного материала проводились еще в начале века; в 30-х годах в СССР выпускали термопары типа паллапат (сплав палладия с золотом), однако этот сплав не обладал достаточной стабильностью. В начале 60-х годов термопары с термоэлектродами из палладиевых сплавов производили фирмы «Бейкер платинум» и «Джонсон, Матзи энд компани» (Великобритания), фирмы «Гереус» (ФРГ), «Эндельгард индастриез» и «Дженерал электрик» (США). Основным недостатком всех разработок являлась недостаточно высокая стабильность в широком интервале температур. Улучшенной стабильностью обладали термопары с термоэлектродами из платинеля (сплава палладия с платиной и золотом), а также термопары платиноиридий — палладий и серебро-палладий, однако все эти сплавы и комбинации материалов не позволяли создать термопару, которая конкурировала бы с платинородий — платиновой [82]. В настоящее время в пашей стране в результате систематического изучения термоэлектрических свойств двойных и тройных композиций на основе палладия создана термопара палладий — хром (положительный электрод) и палладий — алюминий — никель (отрицательный электрод). Эта термопара обладает удовлетворительной стабильностью, достаточной чувствительностью и большим сроком службы при температуре 1200 °С [20].
Высокотемпературные термопары. Измерение высоких температур связано с большими трудностями, которые обусловлены более высокой интенсивностью процессов диффузии, окисления, изменения кристаллической структуры термоэлектродного вещества в этих условиях.
Термопары платинородий — платина и платинородий — платино- родий являются наиболее хорошо изученными термоэлектрическими преобразователями и, как уже отмечалось, в настоящее время во многих странах их номинальные статистические характеристики стандартизированы. Термопары на этой основе широко применяются, в частности, в металлургической промышленности [18, 29, 64].
Термопары платина — платинородий и платинородий — платинородий пригодны для измерений температур до 1800 °С. Самую высокую температуру плавления среди медленно окисляющихся металлов платиновой группы имеет иридий [18]. Это позволяет изготовить термоэлектрические преобразователи для измерения температур до 2200 °С в окислительных средах. По результатам проведенных советскими специалистами исследований для промышленного использования была рекомендована термопара с электродами из сплава иридия с 50 % родия и сплава иридия с 10 % родия. Эта термопара обладает достаточной стабильностью термо-ЭДС и термостойкостью при высоких температурах [2].
Значительное распространение для высокотемпературных измерений получили термопары на основе сплавов вольфрам — рений и вольфрам — молибден [18].
Для температур до 2800 °С советские исследователи Г. В. Самсонов, П. С. Кислый, А. Д. Панасюк разработали ряд термопар с тугоплавкими твердыми электродами: карбид циркония — борид циркония, карбид ниобия — графит, карбид ниобия — карбид циркония 161, 70].
Пределом длительной стабильной работы металлических термопар считается 1800—1900 °С. Это связано с процессами рекристаллизации и роста зерен, неодинаковым испарением компонентов и некоторыми другими процессами, приводящими к изменению термо-ЭДС и снижению механической прочности термоэлектродов. Одним из перспективных направлений дальнейшего развития термоэлектрической термометрии в области высокотемпературных измерений считается использование монокристаллов тугоплавких металлов и их сплавов, что предложили в 1963 г. Б. И. Стаднык, В. И. Лах и И. Ф. Паляныця [77]. Чистые монокристаллы металлов и сплавов имеют, как известно, ряд уникальных физических свойств, таких как стабильность структуры, отсутствие рекристаллизации, которые не характерны для поликристаллов. Кроме того, монокристаллы молибдена и вольфрама обладают гораздо более высокой пластичностью, чем в поликристаллическом состоянии. Монокристаллы тугоплавких металлов устойчивы при работе в плазме цезия и других щелочных металлов, что важно для многих деталей электровакуумных и газонаполненных установок. Детальные исследования, проведенные в ПО «Термоприбор», показали, что применение монокристаллов в термоэлектрических термометрах обеспечивает значительное повышение их чувствительности, точности и надежности [50].  


Рис. 6.9. Малоинерционная термопара [44]:
1 —- конический изолятор; 2 — гайка; 3 — корпус термопары; 4 — вывод термопары; 5 — слой стекла; 6 — высокотемпературная замазка.



 
« Оперативное управление в энергосистемах   Проектирование силового электрооборудования »
электрические сети