Устройство для измерения температуры жидких расплавов Советский патент 1983 года по МПК G01N27/46 

К)

ю

оо

4: Изобретение относится к измерению температуры расплавов и газов и може найти применение для измерения жидкого металла и шлака в черной металлургии. Известно устройство для определения температуры жидких расплавов и газов, содержащее два спая двух разно родных металлических проволок Недостатком известного устройства измерения температуры является низкая точность измерения температуры в области высоких температур и высокая стоимость спая разнородных металлов, выполненных обычно из драгоценных ме таллов. Так, температура ПР 30/6, представляющая наибольший практический интерес, имеет точность измерения при температуре 1500 + , а при бо лее высоких температурах еще ниже. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры жидких расплавов, содержащее гальваническую ячейку с разнородными электродами разделенными экраном 23 . Недостатком его является влияние .конвективных потоков жидкого расплав на точность измерений. Целью изобретения является повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения температуры жидких расплавов, содержащем гальваническую ячейку с разнородными электродами, разделенными экраном, экран выполнен в виде стакана из материала электроположительного по отношению к материалам электродов и размещенных внутри экрана, в днище которого расположены отверстия для диффузионного подвода кислорода, причем длина погруженной боковой поверхности экрана в 1,5-2 раза больше длины погруженной части электродов. На чертеже показ,ана схема предлагаемого устройства для измерения температуры жидких расплавов и газов. Устройство для измерения температуры жидких расплавов состоит из гальванической ячейки 1, заключенной в защитный кожух 2, выполненный, например, из кварца и состоящий из грй фитного электрода 3 и магазина металлических электродов Ц, в который входят, например хромовый, электрод 5 марганцевый электрод 6 и ванадиевый электрод 7, заключенные в экран 8, выполненный из материала, электродный потенциал кото|эого более электроположительный по отношению к потенциалам электродов,.например, из металлокерамики, днище которого перфорировано, а отверстия 9 служат для массообмена электролита 10 из магазина металлических электродов а пространство вокруг графитового электрода корпуса 11 датчика, выполненного из высокотемпературного материала, например шамота, хвостовика датчика 12 с высоким электрическим сопротивлением, служащего для соединения датчика с вторичным прибором, и картонного блока 13. При опускании устройства для замера температуры в жидкий расплав гальваническая ячейка 1 нагревается до температуры расплава и на электродах 3, Б, 6 и 7 начинают протекать окислительно-восстановительные реакции, при этом образуются гальванические пары С-Сг,. С-Мп, . Для примера рассмотрим работу гальванической пары углерод - ванадий. При температуре ниже 1б20 С ванадий имеет сродство к кислороду больше, чем углерод, и ванадиевый электрод в интервале температур ниже 1б20°С будет анодом, при температуре выше 1б20 С углерод имеет сродство к кислороду больше, чём ванадий, и ванадиевый электрод в интервале температур выше 1620°С будет катодом. Аналогично в гальванической паре углерод-марганец при температуре ниже 1420°С марганцевый электрод будет анодом, а выше 1420°C - катодом, а в гальванической паре углерод-хром при температуре ниже хромовый электрод будет анодом, а выше 1220°С - катодом. Металлические электроды подбираются таким образом, чтобы разность между их электродными потенциалами была равна 0,2-0,5 В. Разность в 0,2-0,5 В между электродными потенциала металлургических электродов позволяет повысить точность замера температуры расплава. Снижение разности между электродными потенциалами металлических электродов меньше 0,2 В экономически нецелесообразно, а увел1 чен|4@. разностим жду .электродными потенциалами больше чем 0,5 В снижает точность температуры. Использование в качестве электрода металла со значительным сродством;-, к кислороду позволяет расширить диапазон измеряемых температур при высокой точности замера. Величина и направление ЭДС в гальванических парах С-Сг, С-Мп и C-V характеризуют температуру жидкогб расплава. Абсолютные значения величины ЭДС в каждой гальванической паре могут зависеть от некоторых факторов /(качества графитового электрода, состава электролита и т.д.). Отношения ЭДС пар С-Сг, С-Мп, C-V более точно определяют температуру расплава, так как они зависят только от температуры расплава. Магазин металлических электродов позволяет получить несколь ко значений температуры расплава, усреднить ее значение, таким образом дополнительно повысить ее точность. В качестве электролита 10 используют окисЛы металлов с небольшим сродством к кислороду и низкой температурой плавления, что увеличивает . значения выходных сигналов в каждой гальванической паре и повышает точность замера. Помещение металлических электродо . в экран из материала, электродный потенциал которого более электроположи, тельный по отношению, к потенциалам ма териалов электродов, погруженных в электролит, выше уровня экрана с Дни щем, выполненным перфорированным, предохраняет металлические электроды от воздействия конвективных потоков, возникающих на графитовом электроде и неравномерно искажающих показания ЭДС гальванических пар. Экран выполнен из материала, элек родный потенциал которого более элек роположителен по отношению к потенциалам материалов электродов, что сн жает величину возникающих паразитных токов между графитным электродов и экраном и искажающими показания ЭДС гальванопар. Кроме того, экран препятствует переносу ионов кислорода и электролита в магазине электродов в электролит, окружающий угольный элек род, и обратно, что исключает неравн мерность распределения концентраций кислорода по сечению у различных металлических электродов. Отношение длины погруженной в электролит боковой поверхности экрана к длине погруженной части электродов ог,ределяется наилучшими услови ями стабильной работь устройства дш измерения температуры жидких рарплаврв и газов. При уменьшении отношени длины погруженной в электролит боковой поверхности экрана к длине погру женной части электродов менее 1,5 ухудшается стабильность измерений температуры, так как на активность кислорода электролита оказывают влияние конвективные потоки, возникающие на углеродном электроде за счет образования пузырьков окиси углерода и проникновения их через перфорированное днище экрана в магазин электродов. При увеличении отношения боковой поверхности экрана к длине погруженной части экрана больше двух увеличиваются габариты устройства , без повышения существенной точности замера температуры, что экономически невыгодно. Диаметр отверстий в перфорированном днище экрана составляет 0,1-5 мм что обеспечивает высокую точность замера температуры. При .уменьшении диаметра отверстий в днище.экрана меньше 0,1 мм возникает концентрационная разность ЭДС между электролитом магазина электродов и электролитом, окружающим углеродный электрод, что искажает истинные значения ЭДС с гальванических пар. При увеличении диаметра отверстия в перфорированном днище экрана больше 5 мм сказывается влияние на показания значений температурыконвективных потоков, образующихся на поверхности углеродного электрода, что ухудшает точность замера. Необходимость выполнения электрода, расположенного снаружи экрана из углерода объясняется термодинамическими особенностями этого элемента. Так электродный потенциал углерода с повышением температуры возрастает в то время, как электродный потенциал всех металлов с повышением температуры уменьшается, что для всех гальванических пар металл-углерод обеспечивает наличие температуры прикоторой ЭДС гальванопары равно нулю. Активность кислорода в жидкой стали j например, в датчиках МиСиС, определяется путем измерения величины ЭДС в высокотемпературном концентрированном гальваническом элементе без переноса по уравнению Нериста еп Е - электродвижущая сила. В; где R - газовая постоянная; F - побтелнная Фарадея; п - число переноса заряда потенциала определяющего процесса; 10 а.Эрр.- активность кислорода вметалле и электроде сравнения. Так как электролит обычно обладае смешанной проводимостью, то измеренная ЭДС с Е связана уравнением. Е (1 - nj, иэм где п ,, - доля чпектронной проводимост Доля ионной и электронной проводимости зависит от материала электролита (наличие стабилизирующих примесей). Выполнение экрана из материала, электроотрицательного по отношению к материалам электродов, приводит к дополнительному возникновению ЭДС между экраном и электродами магазина . 4 и значительному изме 1ению активности кислорода, что влияет на точность измерения температуры расплава. Пары электродов металл - углеродбудут работать во всем диапазоне температур, что позволяет повысить точность измерения, поэтому «аличие магазина электродов позволяет не только расширить диапазон измерения температур, но и повысить достоверность их значений. Устройство измеряет отношение ЭДС гальванопар, что однозначно связано с температурой жидкого расплава и на вторичный прибор выдаются значения температур.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКИХ РАСПЛАВОВ, содержащее гальваническую ячейку с разнородными электродами, разделенными экраном, отличающееся тем, что, с целью повышения точности из-мерений, экран выполнен в виде стакана из материала электроположительного по отношению к материалам электродов, размещенных внутри экрана в днище которого расположены отверстия для диффузионного подвода кислорода, причем длина погруженной боковой поверхности экрана в 1,5-2 раза больше длины погруженной части электродов. (Л