Термопара Советский патент 1992 года по МПК G01K7/02 

сл

с

Использование: измерение высоких температур в нагревательных печах и энергосиловых установках. Сущность изобретения: отрицательный термоэлектрод термопары на основе неблагородных металлов выполнен из сплава на основе железа, который содержит хром 18-31 мас.%, алюминий 3-8 мас.%, по крайней мере один элемент из группы: кобальт, титан, ниобий Положительный термоэлектрод термопары выполнен из справа на основе никеля, который содержит хром 16-21% и по крайней мере один окисел из группы: У20з, Zr02, Hf02 0.5-4%. 1 табл.

Изобретение относится к области измерения высоких температур, в частности, к высокотемпературным термопарам на основе неблагородных металлов и может быть использовано для измерения температур в нагревательных печах и энергосиповых установках.|

Известна термопара на основе неблагородных металлов, один термоэлектрод которой выполнен из сплава на основе железа, а другой термоэлек грод - из сплава на основе никеля 1,

Недостатком этой термопары является возможность эксплуатации при температурах не выше 1300°С

Наиболее близкой к данному изобретению по технической сущности является термопара на основе неблагородных металлов для работы в окислительных средах при температурах до 1400°С, отрицательный термоэлектрод которой выполнен из сплава на

основе железа, содержащего, мас.%, 18-31 хрома, 3-8 алюминия, 0,05-2,2 по крайней мере одного элемента из группы, включающей кобальт, титан, ниобий, а положительный термоэлектрод выполнен из сплава на основе хрома, содержащего по крайней мере один элемент из группы, включающей ванадий, титан, тантал, рений, в количестве 0,05-2,2 мас.%. При этом один или оба термоэлектрода могут содержать дополнительно по крайней мере один элемент из группы, включающей иттрий, лантан, церий, бор, в количестве 0,005-2 мас.% 2

Недостатком известной термопары является ограниченный срок службы из-за изменения во времени термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) при высокотемпературной эксплуатации.

Целью изобретения является увеличение срока службы термопары при сохранении рабочего диапазона.

Si о

OJ

о о о

В предлагаемой термопаре с отрицательным термоэлектродом из сплава на основе железа, содержащего (в мас.%) 18,0-31,0 хрома, 3,0-8,0% алюминия, 0,05- 2,2% по крайней мере одного элемента из группы, включающей кобальт, титан и ниобий, поставленная цель достигается тем, что ее положительный термоэлектрод выполнен из сплава на основе никеля, содержащего хром в количестве 16,0-21,0 мас.% и по крайней мере один окисел из группы, содержащей УаОз, ZrOa, HfCte. в количестве 0,5-4,0 мас.%.

При содержании в положительном термоэлектроде хрома менее 16% срок службы уменьшается, возможно, из-за снижения окалиностойкости; при содержании хрома более 21 % срок службы также уменьшается, вероятно, из-за снижения температуры плавления.

Уменьшение срока службы термопары при содержании в положительном термоэлектроде менее 0,5% оксидных добавок связано, возможно, со снижением структурной стабильности, а уменьшение срока службы при содержании оксидних добавок более 4% может быть связано с возникающей при высокой температуре разнозерни- стостью.

Предлагаемая термопара характеризуется значениями ТЭДС 1,2-1,3 мВ при 100°С; 6,6-6,8 мВ 500°С; 13,1-13,4 мВ при 1000°С; 18,2-18,5 мВ при 1400°С и по этой ха- рактеристике авноценная термопаре-прототипу. В то же время предлагаемая термопара существенно превосходит термопару-прототип по сроку службы при сохранении рабочего диапазона.

Изобретение осуществляется следующим образом, Для приготовления положительных термоэлектродов в виде проволоки химическим соосаждением из азотнокислых растворов с последующей сушкой, термическим разложением осадков и селективным водородным восстановлением получают порошки никеля с диспергированными в них частицами тугоплавких окислов; эти порошки смешивают с порошком хрома, прессуют цилиндрические заготовки, которые после зачехления в стальные технологические оболочки и герметизации под вакуумом экструдируют при 1100°С с

вытяжкой 16:1 на прутки диаметром 9 мм; после химического стравливания оболочки прутки волочат вхолостую с промежуточными отжигами при 1100°С после обжатий на

10-15% до диаметра 1,2 мм.

В качестве отрицательного термоэлектрода используют проволоку диаметром 1,2 мм из сплава (в % по массе): 24,5% хрома, 6,3% алюминия, 0,3% кобальта, 0,4% титана, железо - остальное. При изготовлении термопары-прототипа с отрицательным термоэлектродом того же состава, но с добавкой 0,4% церия, положительным термоэлектродом служит сплав на основе хрома,

содержащий (в % по массе) 0,6% тантала, 0,5% лантана и 0,1 % рения.

Тарировку ведут по образцовой плати- но-платинородиевой термопаре с использованием потенциометра класса 0,05.

Срок службы определяют при максимальной рабочей термопаре 1400°С путем параллельного измерения температуры электропечи с воздушной атмосферой испытуемой и стандартной (ПР 30/6) термопарами. Номинальным сроком службы считают время, в течение которого изменение ТЭДС не превышает 1%.

Приведенные в таблице результаты испытаний подтверждают эффективность

предложенной термопары на основе неблагородных металлов, которая, по сравнению с термопарой-прототипом, имеет тот же рабочий диапазон, но в 2-3 раза больший срок службы.

Использование предлагаемой термопары может обеспечить большой экономический эффект благодаря экономии металлов платиновой группы.

Формула изобретения

Термопара с отрицательным термоэлектродом из сплава на основе железа, содержащего, мас.%: хрома 18-31; алюминия 3-8, по крайней мере один элемент из группы,

включающей кобальт, титан и ниобий - 0,05-2,2, отличающаяся тем, что. с целью увеличения срока службы, положительный термоэлектрод выполнен из сплава на основе никеля, содержащего хром в количестве 16-21 мас.% и nb крайней мере один окисел из группы, содержащей У20з; ZrOa, HfOa в количестве 0,5-4,0 мас.%.

Показатели ТЭДС и срок службы термопар

Температура холодного спая О

С.

Продолжение таблицы