Способ изготовления термоэлектрического термометра Советский патент 1983 года по МПК G01K7/02 

2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что трубку вьдращивают из лейкосапфира в кристаллографическом направлении (OOOl), а термоэлектроды выполняют из вольфрамового и мог либденового проводов.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОМЕТРА, состоящий в выполнении защитного чехла в виде трубки, закрытой с рабочего торца перегородкой, выращенной вместе со стенками трубки из монокристалли:ческого тугоплавкого химически инертного диэлектрика и помещении высокотемпературной термопары в защитный чехол, отличающий с я тем, что, с целью повышения стойкости изготавливаемых термометров в агрессивных средах с противоположного торца трубки выращивают дополнительную пере гopoдky из того же материала, рабочий спай термопары закрепляют в рабочей торцовой перегородке, соед{и.яют рабочую торцовую перегородку с дополнительной перегородкой перемычкой из того же монокристаллического материала, выводят термоэлектроды из трубки через дополнительную перегородку, причем поперечное сечение трубки ориентируют в кристаллографической плоскости,изотропной по температурному коэффициенту линейного расширения, превыиающем температурные коэффициенты линейного раоиире- ния термоэлектродов. сл ел со 01

Изобретение относится к термомет рии, а именно к измерению температу ры в агрессивной среде, например, расплавленной стали. Известен способ изготовления тер электрического термометра путем помещения высокотемпературной термопа ры в защитный чехол, выполненный в виде герметичной трубки, в которой создан вакуум Cl . Однако термометр, изготовленный данныгл способом, обладает ограничен ным сроком службы, так как защитный чехол, выполненный из кера1-1ики, под воздействием температуры и агрессив )ной среды подвержен быстрому разрушению, чему способствует структура материала чехла, в котором местные напряжения вызывают образование тре щи н.. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления термоэлектрического термометра, состоящий в выполнении защитного чехла в виде трубКи,закрытой с рабочего торца перегородкой, изготовленной вместе со стенками тру ки из монокристаллического тугоплавкого химически инертного диэлектрика и помещении высокотемпературной термопары в защитный чехол, причем термоэлектроды выполнены из иридия и родия 2 J, Защитный слой из такого материала стоек к воздействию высокой температуры, агрессивной среды и термоциклов, а иридий-родиевая террлопара имеет хорошие метрологические характеристики и физико-химическую совмес тимость с материалом чехла. Однако известный термометр имеет ограниченный срок службы при работе в агрессивной среде, так как ченол не герметичный, т.е. открыт со стоРОНЫ холодноготорда, что вызывает дрейф метрологических характеристик термопары вследствие изменения химического состава термоэлектродов. Целью изобретения является повышение стойкости изготавливаемых тер мопаров в агрессивных средах. Цель достигается тем, что соглас но способу изготовления термоэлектрического термометра, состоящем в выполнении защитного чехла в виде трубки, закрытой с рабочего торда перегородкой, выращенной вместе со стенками трубки из монокристаллического тугоплавкого химически инертно-, го диэлектрика и помещении высокотемпературной термопары в защитный чехол, с противоположного торца трубки выращивают дополнительную перегородку из того же материала, рабочий спай термопары закрепляют врабочей торцовой перегородке, соединяют рабочую торцовую перегородку с дополнительной перегородкой перемьгчкой из того же монокристаллического материала, выводят термоэлектроды из трубки через дсчюлнительную перегородку, Причем пдлеречное сечение трубки ориентируют в кристаллографической плоскости, изотропной по температурному коэффициенту линейного расширения, превышающему температурные коэффициенты линейного расширения термоэлектродов. Трубку выращивают из лейкосапфира в кристаллическом направлении (0001), а термозлектроды выполняют из вольфрамового и молибденового проводов. На фиг. 1 представлен термоэлектрический термсшетр; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1. Предложенный термометр содержит спай 1 термопары, термоэлектрод 2, рабочий торец 3 трубки, трубку 4 из монокристаллического лейксэсапфира, .продольную перемычку 5, полостиб внутри трубки, торцовую перегородку 7 со стороны холодного спая, корпус 8, гайку 9, хвостовик 10. Монокристаллический лейкосапфир плохо поддается механической обработке, поэтому трубка 4 выращивается по способу Степанова, причем одновременно в трубку 4 вращивают термоэлектроды 2, выходящие из нее сквозь торцовую перегородку 7. Затем концы термоэлектродов 2 со стороны рабочего торца 3 отгибаютдя Нс1встречу друг к другу, соеди-, няются, например, сваркой, образуя спай 1, плотно прижимаются к рабочему торцу 3 и на последнем выращивается известным Образом монокристаллический слой лейкосапфира, полностью закрывающий спай 1 вместе с термоэлектродами 2, причем кристаллическая решетка этого нарощенного слоя является продолжением кристаллической решетки монокристалла трубки 4j т.е. вся трубка остается единым монокристаллом. Температура кристаллизации сапфира , следовательно, провода из вольфрама и молибдена вращиваются в сапфир при этой тег«1ературе, поэтому при охлаждении сапфир, температурный коэффициент линейного расширения которого 5.,4 ,т.е. больше, чем у вольфрама (4 .) и молибдена (5.), будет сяимать эти провода (поперечное сечение трубки), создавая напряженную посадку, В эксплуатации наибольшая допустимая температура меньше 2030 С, поэтому такая посадка сохраняется в лю6с . Важно отметить что круглое отверстие в сапфире при изменении температуры остается круглив, изменяя только своей диаметр, причем и модуль упру гости сапфира в этой плоскости тоже изотропен, поэтому и реакция со стороны круглых металлических проводов не приведет к искажению формы отверстия, В то же время пределы упругости всех сопряженных материалов приблизительно равны, поэтому в металлах мет пластических деформаций при охлаждении, следовательно, при последукадем нагреве положение полиостью восстанавливается. Все это oJбecпeчивaeт длительное сохранение герметичности сопряжения сапфира с термоэлектродами. Во бремя вьчэащнвания трубки в ней оста ется аргон псда давлением О,1 атм (при комнатной температуре), в кото ром вольфрам-молибденовая термопара может работат длительное время.Да ление газа должно быть согласовано с прочностью стенок трубки. При не ходимости онможет быть удален пос ле изготовления, а трубка опять гер метизирована . Увеличение срока службы термоме ра обеспечивается не, только вращением химического воздействия термопару, но и способностью трубк вьадерживать механические и прочие воздействия внешней среды (давлени ; изгибающие J:илы и т.д.) В этом отн шении сапфир o6JiiflaeT уникальным сочетанием вьща ощихся, обычно не совместимых в одном материале -г свойств: модуль и предел упругости приблизительно в 2 раза выше, чем у стали, что обеспечивает большую прочность трубки. Твердость сапфиРа по шкале Мооса равна 9, поэтому в эксплуатации трубка не встречается с- частицамй, которые могут делать i на ней риски, т.е. истирать ее. Термодатчнк не должен служить каналом теплоотвода и сапфировая трубка удовлетворяет этому требованию: большая прочность-сапфира дает возможность делать тонкие стенки при большом поперечном сечении полостей, которые имеют малую теплопроводность, да и теплопроводность сапфира сравнительно мала.(в 2 раза меньше, чем у стали), поэтому при соотношении площадей поперечного сечения стенки трубки 4 к полостям б, равном 1:15, тепловое сопротивление трубки будет примерно равно сопротивлению кирпича. Продольная перемычка 5 увеличивает прочность и, следовательно, срок службы монокристаллической трубки 4, длина которой может достигать нескольких,метров. Кроме того, перемычка предохраняет термоэлектроды от замыкания. Трубка 4 крепится в корпусе 8 гайкой 9, навинчиваемой на разрез- ной хвостовик 10, Увеличение срока службы предложенного термометра позволяет проводить непрерывное измерение температуры в любой точке расплавленной стали, а также других материалов, до температуры , Это позволяет исследовать температурные поля и их изменения внутри расплавленных металлов, котоЕые сейчас неизвестны. / В Настоящее время можно интенсифицировать процесс плавки, сократить его, что приводит к экономии либо электроэнергий, либо топлива, а также уменьшению потерь стали и дорогостоящих, легирующих материалов,выгоракяф{х во время ллавки, особенно при перегреве. Знание температурных полей позволяет улучшить конструкцию футеровки печей и увеличить кампанию печей, что 1акже приводит к экономии .средств. Знание температуры расплава позволяет соблюдать наилучший темпе- . Iратурный режим плавки, что повышает качество металла при снижении расхо;да легирующих материалов.