Компенсационный провод для термопар Советский патент 1984 года по МПК G01K7/02 

о:

СХ)

СдЭ

db 1 Изобретение относится к измерению температур, в частности к термоэлектрической термометрии, И может быть использовано для создания высокотемпературного компенсадаонного провода к известной термопаре . иридий/сплав иридия (60 мас.%) с родием (40 мас.%), предел измерения которой более 2000°С. Известны компенсационные провода к термопарам ПР 30/6 и ПП-1 к термопарам из сплавов вольфрам-рений (ВР 5/20 и ВР 10/20) в виде скрутки соединенных раллельно проволок из различ1ф1х сплавов Однако термоэлектроды этих термопар имеют термоэлектрические характеристики, как позлектродно, так и в паре существенно отличаю1диеся от температурной зависимости тормо-ЭДС термоэлектродов и термопары иридий/иридий (60 мас.%) - ро1ШЙ (40 мас.%), и не MorjT служить в качестве компенсашюнного провода к указанной термопаре. Компенсационного провода к термопаре ири,ш й/иридий-роллй (40% Rh) не существует. Известен также компенсационный провод для термопары Pt (70) - Rh (30) Ft (94 Rh (6), в котором положительный электрод выполнен 1.3 меди, а отрицательный электрод выполнен в виде композиции трех элементов, имеющих электрический контакт по всей длине и изготовленных со ответственно из меди, алюминия и железа npj{ соотнощении площадей поперечного сечевдя этих элементов 1: (1,8-2,2): (1,8-2,2) С23 Однако этот компенсационный провод не .может быть .использован для колтенсации термо - ЭДС свободных концов термопары иридий/иридий (60 мас.%) - родий (40 мае. %) , так как его термоэлектрическая характеристика существенно отличается от температурной зависимости термо - ЭДС термопары иридий/иридий (60 мас.%) - родий (40 мас.%). Цель изобретения - повышение точности измерения температуры термопарой иридий/ иридий (60 мас.%) - родий (40 мас.%) пр нагреве ее холодных концов до 500°С. Для достижение поставленной цели в ком пенсационном проводе для термопар, содержащем положительный электрод с элементом из меди и отрицательный электрод в виде колшозиции элементов, имеющих электричес кий контакт по всей ;д;лине, причем один элемент композиции вьшолнен из меди, в поло)И1тельный электрод введен элемент из хромеля с образованием электрического кон такта по всей длине с элементом из меди при соотношении плошадей поперечного сечення двух элементов 1:(8-10), а в отри6цательныи электрод введен элемент из нихрома марки Х20Н80 при соотношении площадей поперечного сечения элементов из меди и нихрома марки Х20Н80 (8-10) :1. Выбор пределов соотношения площадей поперечного сечения обусловлен тем, что как электроды основной термопары - (иридий и иридий (60 мас.%) - родий (40 мас.%), так .и компенсационного провода (хромель, нихром) имеют разброс -термоэлектрических характеристик (для хромеля ГОСТ 1790-77 - наличие четырех классов градуировки). Вследствие этого максимальная точность компенсации,. термо-ЭДС свободных концов термопары, т.е. совпадение термо-ЭДС компенсационного провода и основной термопары может быть достигнута за счет корректировки термо-ЭДС компенсационного провода небольшим изменением соотношеш1Й площадей поперечного сечения элементов композиции в указанных выще пределах. Выбранные пределы соотнощения площадей элементов соответствуют вероятности 95% компенсации колебаний индивидуальных градуировок. Предлагаемый кампенсацио1Н1ый провод осуществляет; суммарную компенсацию термоЭДС свободных концов термопары иридий/ иридий (60 мас.%) - родий (40 мас.%) в интервале 0-500° С с точностью ± 0,06 мВ (±3°С). В таблице приведены значения термо-ЭДС относительно платины положительного композшдаонного термозлектрода (Е+), вьшолнен ного из скрученных в жгут проволок из сплава хромель (девять проволок {2S 0,3 мм) и чистой меди одна проволока 0,3 мм) и отрицательного композиционного термоэлектрода (Е-), выполненного из скрученных проволок чистой меди (9 проводок 0 0,3 мм) и сплава нихром марки Х20Н80 (1 проволока 0,3 мм)., Далее указана суммарная термо-ЭДС пары композиционных термоэлектродов (EZ.) , а также термо-ЭДС термопары иридий/иридий (60 мас.%) - родий (40 мас.%) (ЕЛ). В последней строке таблицы приводится систематическая погрешность суммарной ком пенсации термо-ЭДС (л), представляющая разность термо-ЭДС компенсационного про- . вода, выполненного .согласно изобретению, и термо-ЭДС термопары иридий/иридий (60 мас.%) - родий (40 мас.%). Изменение соотношения п ощадей поперечного сечения элементов в заданных пределах должно компенсировать с вероятностью L 0,95 случайные колебание характеристик элементов композиции, влияющих на величину эквивалентной термо-ЭДС композиции (Еэ), а именно велшсины термо-ЭДС и удельного электросопротивления составляющих элементов и колебания диаметра проволок в пределах допуска по толщине.

Таким образом, допустимые пределы соотношения поперешых сечений элементов определяются непосредственно из расчета случайного колебания термо-ЭДС композиции.

Реальное уточнение соотношения поперечных сечений проводят следующим образом. Изготавливают пробный образец композиции, измеряют -ее термо-ЭДС определяют нужное изменение соотношений (в пределах допуска) и изготавливают композицию с измененным соотношением и заданной термо-ЭДС.

Характеристика случайных колебаний эквивалентной термо- ДС композиции ЕЭ (среднеквадратичное отклонение Е g определяется как функция нескольких переменных, изменяющихся независимо друг от друга (EI и , ). Известно, что абсолют ная дисперсия суммы равна сумме абсолютных дисперсий слагаемых, а относительная (дисперсия произведения (частного) равна сумме относительных дисперсий сомножителей (делимого и делителя).

На основании этого правила, а также известного полуколичественного выражения эквивалентной термо-ЭДС композиции - Е

0

ЕП

получаем выражение дисперсии эквивалентной термо-ЭДС. .

5%э ,( / (г) eF Ci LjpOJ- С2уО

при этом

. S(2:Ei;pi.t(%tLfa(№,ytf ft) 5(5jrL 2№VO Используя известные значения дисперсии fel. и JJVt можно рассчитать дисперсию ЕЭ , которая и служит критерием для последующего расчета допустимых пределов колебания соотношения площадей поперечного сечения. Значе1и1я. дисперсии EL и могут быть получены из справочной литературы и зкспериментал-но.

Композиционные электроды могут быть вьтолнены в виде скрутки из двух параллельно соед1гаенных элементов разной толщины или скрутки разного числа проволок каждого элемента, имеющих примерно равную толЕцину, или каким-либо другим способом, обеспечивающим постоянство соотнощения площадей поперечного сечения элементов и наличие электрического контакта между элементами по всей длине композиции, где имеется температурный градиент в процессе эксплуатации.

Технико-экономический эффект от внедрения разработанного изобретения заключяется Е. повышении точности измерения температуры при использовании термопары из иридиевых сплавов в комплекте с предлагаемым высокотемпературным компзнсащ онным проводом по сравнению с известной термопарой без компенсацион71ого провода. При тгагрсве холодных концов термопары до 100° С погрешность измерения температуры составляет более 50° С, тогда как исползование компенсационных проводов устраняет- эту погрешность. Кроме того, компенсационный провод облегчает монтаж термоэлектрического контура, так как долг обладает существенно большей пластичностью по сравнению с недопускающей перегибов проволокой из иридиевьк сплавов.

Предлагаемый провод выполнен из трех известных широко-распространенных материалов: промышленных сплавов хромель и нихром и 1ШСТОЙ меди, следовательно, не требует выплавки специальных сплавов и может быть изготовлен потребителем без специального сложного оборудования.

Термо-ЭДС композиции

ХО, 3 мм

X9/Си 0,3 мм х1 (положительный электрод компенсационного провода) (Е+) относительно платины

Термо-ЭДС композиции Си 0,3 мм ХХ9/нихром 0,3 мм

XI(отрицательный электрод компенсационного провода)

(E) относительно платины

Суммарная термо-ЭДС компенсационного провода (ЕХ)

Термо-ЭДС термопары

иридий/иридий (60 мас.%) -

родий (40 Macv%) EH

Систематическая погреишость

компенсационного провода

,ii EX - ЕЙ

Примечание. Измерение термо-ЭДС проводили относительно платинового электрода сравнения. Свободные концы при 0°С.

4,797,05 9,36

3,174,736,47

1,622,322,89

1,642,262,84

-0,02+0,06+0,05

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРОЮД ДЛЯ ТЕРМОПАР, содержащий положительный электрод с элементом из меди и отрицательный электрод в виде композиции элементов, имеющих электрический контакт по всей длине, п{жчем один элемент композиции выполнен из меди, отличающийся тем,что, с целью повьпиения точности измерении, температуры термопарой иридий/иридий