Термопара для измерения низких температур Советский патент 1984 года по МПК G01K7/02 

1 Изобретение относится к термомет рии, а именно к измерениям низких температур с помощью термопар. Известна термопара для измерения низких температур, содержащая отрицательный электрод, вьшолненный из сплава на основе меди и положительный электрод tl 3. Однако термопара обладает значительной чувствительностью вблизи ко натной температуры, поэтому при кол баниях температуры опорного спая, превышающих доли градуса, измерение температуры ведется с большой погре ностью. Кроме того, стабилизация температуры опорного спая требует применения энергоемкой и громоздкой аппаратуры, что не всегда осуществи мо в условиях авиационной и космиче кой техники. Наиболее близкой к предлагаемой является термопара для измерения ни ких температур, содержащая отрицательный электрод, выполненный из спл ва на основе меди, содержащего 0,01 0,5 мас.% железа и положительньй электрод t2T. В термопаре значительно снижена чувствительность термоэлектродов при 273 К и составляет порядка 0,6 мкв/град. Однако при современном метрологи ческом обеспечении ряда областей но вой техники требуется дальнейшее по вышение точности измерения т цшерат ры, что может быть достигнуто и за счет еще большего снижения чувствительности термопары вблизи 273 К. цель изобретения - повышение тЬч ности измерения путем получения бли кой к нулю чувствительности при 273 К. : Поставленная цель достигается тем, что в термопару для измерения низких температур, содержащую отрицательный электрод, выполненный из сплава на основе меди, содержащего железо в количестве 0,01-0,5 мас.% и положительный электрод, положител ный электрод выполнен из сплава на основе меди при следующем количественном соотношении компонентов, ьвс.%:. Никель 0,01-3,5 Медь Остальное 1 Отрицательный электрод, выполненный из сплава на основе меди, дополнительно содержит литийв количестве 0,0005-0,05, мас.%. Термопара работает следующим образом. Положительный электрод в разработанной термопаре обладает малой дифференциальной термо-ЭДС при 4-77 К и сравнительно большой при 273-300 К, причем по знаку совпадающей с термоЭДС сплава медь -железо.В результате термо-ЭДС пары в области (4-77Ю велика, а в области (273-300) К - мала. Подбором материалов электродов можно добиться практически нулевой чувствительности термопары к температуре свободных концов, для чего термоэлектрическая чувствительность обоих электродов при 273 К должна совпадать. При этом термо-ЭДС электродов при 273 К как бы компенсируются, так что ЭДС пары равна нулю. Содержание железа в отрицательном электроде в зависимости от назначения термопары изменяется от 0,0t до 0,5%. При этом абсолютная дифференциальная термо-ЭДС при 273 К может иметь значения от +1,6 до -12,5 мкв/ /град. Сплав меди с никелем дает такую же термо-ЭДС при содержании никеля соответственно от 0,01 до 3,5%. Термоэлектри 1еская неоднородность положительного электрода обеспечивает измерение температуры предлагаемой термопарой с точностью 0,1 град. Положительный электрод на основе сплава медь-никель, при концентрации никеля менее 0,01% имеет абсолютную дифференциальную термо-ЭДС ,010,1 мкв/град во всем интервале 4,230 К и не представляет практического интереса. Сплав- медь-никель при содержании никеля более 3,5% имеет термоэлектрическую неоднородность, дающую ошибку определения температуры более 0,1 град. В таблице приведены значения коэффициентов термо-ЭДС термопар, изготовленных из известных и предлага- i емых термоэлектродов с различным содержанием входящих в сплав ингредиентов.

+ 0,01 Fe + ,0,15 Fe + 0,50 Fe 0,15 Fe + 0,002 Li

Си + 0,01 Fe

Си + 0,15 Fe

Си + 0,50 Fe

Си + 0,10 Fe + 0,003 Li + 0,10 Fe + 0,OP05 Li + 0,10 Fe 4- 0,05 Li + 0,15 Fe + 0,003 Li

1

5

8

10

13

7

8

10

0,1

5

0,t

10

7

0,15

0,1

10

0,15

10

/

0,15

10 15

0,15

1. ТЕРМОПАРА ДШ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР, содержащая отрицательный электрод, выполненны|11 из сплава на основе меди, содержащего железо в количестве 0,01-0,5 мас.%, и положительный электрод, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения низких температур путем получения близкой к нулю чувствительности при 273 К, положительный электрод выполнен из сплава на основе меди при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%: Никель 0,01-3,5 Медь Остальное 2. Термопара по п.1, о тл и ч а ю щ а я с я тегм, что отрицательный электрод, выполненный из сплава на 9 основе меди, дополнительно содержит литий в количестве 0,0005-0,05 мас.%. ГО о 00

Из таблицы видно, что предлагаемая термопара не уступает известной . по чувствительности при криогенных температурах и обладает практически нулевой чувствительностью при темпеpatype тающего льда. Это позволяет для большинства технических измерений отказаться от термостатирования своб.од№з1х концов, поскольку изменение их температуры в пределах до. 20®С не влияет на интегральную тер мо-ЭДС,что способствует снижению стоимости контрольно-измерительной; аппара: туры и уменьшению знергопотребления.