Способ стабилизации термо-ЭДС термопар Советский патент 1982 года по МПК G01K7/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно к измерению температуры и может быть использовано для стабилизации термо-ЭДС термопар.

Известны различные способы отжига термоэлектродов в процессе изготовления термопар. Отжигают капилляры микротермопары при температуре красного каления (500-600°-С) для удаления из них влаги, масел и устранения изгибов, которые образуются при вальцовке fl. Отжигают термоэлектроды в вакууме и водороде, протягивая их при , или травят их в смеси азотной и плавиковой кислот 2.и 3.

Известен способ стабилизации, осуществляемый электронагревом при достаточно высокой температуре .J-.

Хотя отжиг, как правило, устраняет механические напряжения, вносимые холодной обработкой или закалкой, а в некоторых случаях обеспечивает выгорание примесей, неправильное его проведение в ряде случаев приводит к дополнительным погрешностям из-за факторов, описанных ниже. Известные способы термообработки обеспечивают стабилизацию термо-ЭДС только в начальный период работы термопары.

Многочисленные экспериментальные IQ данные по изучению факторов дестабилизации термо-ЭДС термолар показывают, что процесс ее изменения происходит непрерывно.

Кинетику изменений показаний тер)5 мопар в метрологической практике и физическом толковании принято объяснять в основном за счет химических изменений в термоэлектродах. Однако, экспериментальные данные не подтверждают однозначной связи между изменением химического состава термоэлектродоа в процессе измерения и изменением термо-ЭДС. Ее изменение i зависит также от конструктивного исполнения, условии применения и ai- рессивных сред. Известно, что все процессы внутренних изменений - распад твердых растворов, коагуляция примесей внедрения, образование новых фаз, межграничная диффузия - сопровождаются термоструктурными напряжениями. Экспериментально установлено, что для всех материалов изменения ЛЕ термо-ЭДС возрастают с увеличением величины напряжений и температуры. Если G не выходит за границы предела упругости, то после снятия напряжений и Е уменьшается до нуля практически без заметного запаздывания. Обнаруженная закономерность соблюдается при всех температурах исследований - от 500 до 2500С. При мгновенном изменении температуры образца в нем возникают термо структурные напряжения, которые приводят к возникновению наведенной термо-ЭДС. Обнаруженные изменения термо-ЭДС при появлении напряжений в термоэлектродах можно объяснить в рамках общей теории термоэлектрических явлений. Обычно--принимается, что состо яние материала термоэлектродов не меняется от точки к точке, что соответствует постоянству удельной энергии Гиббса материала или, что то же самое, его химического потенциала В этом случае термодинамических сил обуславливающих термоэлектрические эффекты, только две: градиент температуры и градиент электрического потенциала. Если материал термоэлект родов локально напряжен, то вследст вие наличия дефектов кристаллической структуры распределение напряжений б будет неоднородным. Кроме то го, энергия Гиббса на единицу объема термоэлектродов увеличится на величинуО /(«( / модуль упругости) , и, соответственно, возникает еще одна термодинамическая сила,определяемая изменением энергии Гиббса материала и равна0// (пас / Таким образом, вjнапряженных терм электродах плотности потока тепла и электрического тока будут зависеть не только от градиентов температуры и электрического потенциала, но и от градиента напряженияG. Все это приводит к зависимости термо-ЭДС от величины и характера возникающих в ма94 териале термоэлектродов механических локальных напряжений 5, 6J, 7 и 18). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ термообработки термоэлектродов термопар, заключающийся в отжиге электронагревом в газовой среде ГЭ Способ позволяет устранить механические напряжения и обеспечивает некоторую стабилизацию термо-ЭДС только в начальный период работы термопары. Однако в связи с тем, что процесс ее изменения происходит непрерывно, то уже после начального периода эксплуатации в показаниях термопары присутствует значительная погрешность, исключить которую практически невозможно. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры путем стабилизации термо-ЭДС в процессе эксплуатации термопар. Указанная цель достигается тем, что термоэлектроды дополнительно подвергают отжигу в среде аргона под избыточным давлением 0,1-0,3 эти при температуре равной 1/3-1/2 температуры плавления термоэлектродов, до образования в структуре металла микрополостей. Предлагаемый способ был апробирован на ряде термопар. Например, вольфрамрекиевые термоэлектроды подвергались дополнительному отжигу в среде аргона под избыточным давлением 0,1-0,3 эти при температуре от 1000 до 18000°С. В процессе отжига в течение 2-6 ч атомы аргона, диффуидируя внутрь термоэлектродов, коагулируют и образуют в структуре материала термоэлектродов микрополости, на которые затем релаксируют внутренние локальные напряжения, стабилизируя тем самым, термо-ЭДС. Применение других инертных газов не дает приемлемого результата, так как например, атймы гелия в материале термоэлектродов не коагулируют, а выстраиваются в цепочки по границам зерен, создавая дополнительные источники напряжения. Обработанные по предлагаемому способу термопары обеспечили повышение точности измерения температуры в два раза, количество измерений в десять раз. Предполагаемый экономический эффект от внедрения способа только на одном предприятии составит 3 млн, руб. Формула изобретения Способ стабилизации .термо-ЭДС т мопар, включающий термообработку термоэлектродов, отличающийся тем, что, с целью повыш ния точности измерения температуры термоэлектроды дополнительно подвергают отжигу в среде аргона под быточным давлением 0,1-0,3 эти при температуре, равной 1/3-1/2 температуры плавления термоэлектродов, до образования в структуре металла микрополостей. Источники информации, принятые во внимание при экспертиз 1.Кривцов В.А., Харитонов Н.П. Микротермопары для точных измерени температуры. Ленинградский дом научно-технической пропаганды. Л., 1966, с.21. 2.Стаднык Б.И., Яцишин С.П., Лах В.И. Стабилизация эксплуатацио 26 ных характеристик высокотемпературных термоэлектрических термометров. ЦНИИТЭИприборостроения. М., 1977, с. 11-12. 3. Линевег Ф. Измерение температуры. Справочник. М., Металлургия, 1980, с. 66. k. Приборы и методы физического металловедения. М., Мир, 1973, с. 32-33. 5.Гордов А.Н. Основы пирометрии. М. , Металлургия, 1971, с. . 6.Лах В.И., Кюздени О.А., Самсонов Г.В. и др. Датчики измерения температуры в промышленности. Киев, Наукова думка, 1972, с. 2237.In Temperature. Its Measurement and control in Science and Industry (Reinhold Rub|ic Corporation) N. J . 1973, vo 1, p. 3. 8.Баранов A.A. Фазовые превращения и термоциклирование металлов. Киев. Наукова думка, 197, с. 230. 9.Данишевский С.К., СведеШвец Н.И. Высокотемпературные термопары. М., Металлургия, 1977, с. 231 (прототип).