Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Рекомендуемые удлиняющие термоэлектродные провода

Таблица 1

Диаметр электродов стандартных термопар находится в пределах 0,07 ¸ 0,5 мм для ТП из благородных металлов и 0,1 ¸ 3,2 мм для ТП из неблагородных металлов. По способу контакта с измеряемой средой ТП подразделяются на погружные и поверхностные.

Основные характеристики стандартных ТП (диапазон измерения, класс, предел допускаемого отклонения), согласно [2], приведены в таблице 2.

Таблица 2

Тип ТП (буквенное обозначение НСХ)	Наименование показателя, размерность	Значение показателя
Платинородий– платиновые ТПП 13 (R)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С, для классов:	1300 (1600)   1; 2   ±1 от 0 до 1100°С включ.; ±[1 + 0,003 |t – 1100|] св. 1100 до 1600°С включ.;   ±1,5от 0 до 600°С включ.; ± 0,0025 × |t| от 600 до 1600°С включ.
Платинородий – платинороди-евые ТПР (B)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого откло-нения от НСХ, °С, для классов:	2; 3   ±0,0025 × |t| св. 600 до 1700°С включ.;   ±×4 от 600 до 800°С включ.; ±0,005 × |t| св. 800 до 1700°С включ.
Железо-константа-новые (железо-медь-никелевые) ТЖК (J)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С, для классов:	-200   750 (900) 1; 2   ±1,5 от –40 до 375°С включ.; ±0,004 × |t| св. 375 до 750°С включ.;     ±2,5 от -40 до 333°С включ.; ±0,0075 × |t| св. 333 до 750°включ.; в ТУ на ТП конкретного типа от –200 до -40°С включ.; в ТУ на ТП конкретного типа св. 750 до 900°С включ.
Медь-констан-тановые (медь-медь-никелевые) ТМК (T)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С, для классов:	-200   350 (400) 1; 2; 3   ±0,5от –40 до 125°С включ.; ±0,004 × |t|св. 125 до 350°С включ.;     ±1от –40 до 133°С включ.; ±0,0075 × |t|св. 133 до 350°С включ.; ±0,015 × |t|от –200 до –67°С включ.; ±1 св. –67 до 40°С включ.; ±1   в ТУ на ТП конкретного типа
Нихросил-нисиловые (никельхром-никель- никелькремни-евые) ТНН (N)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого откло-нения от НСХ, °С, для классов:	-270   1200 (1300) 1; 2; 3   ±1,5от -40 до 375°С включ.; ±0,004 × |t|св. 375 до 1000°С включ.;     ±2,5от -40 до 333°С включ.; ±0,0075 × |t|св. 333 до 1200°С включ.; ±0,015 × |t|от -200 до –167°С включ.; ±2,5св. –167 до 40°С включ.;   в ТУ на ТП конкретного типа от –270 до -200°С включ.; в ТУ на ТП конкретного типа св. 1200 до 1300°С включ.
Хромель-алюмелевые (никельхром-никельалю-миниевые) ТХА (K)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С, для классов:	-200   1200 (1300) 1; 2; 3     ±1,5от -40 до 375°С включ.; ±0,004 × |t|св. 375 до 1000°С включ.; ±2,5от -40 до 333°С включ.;   ±0,0075 × |t|св. 333 до 1200°С включ.; ±0,015 × |t|от -200 до –167°С включ.; ±2,5св. –167 до 40°С включ.;   в ТУ на ТП конкретного типа св. 1200 до 1300°С включ.
Хромель-константа-новые (никельхром-медьникеле-вые) ТХКн (E)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С, для классов:	-200   700 (900) 1; 2; 3   ±1,5от –40 до 375°С включ.; ±0,004 × |t|св. 375 до 800°С включ.;   ±2,5от –40 до 333°С включ.; ±0,0075 × |t|св. 333 до 900°С включ.;   ±0,015 × |t|от –200 до –167°С включ.; ±2,5св. –167 до 40°С включ.
Хромель-копелевые ТХК (L)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С, для классов:	-200   600 (800) 2; 3   ±2,5от -40 до 300°С включ.; ±0,0075 × |t|св. 300 до 800°С включ.; ±0,015 × |t|от -200 до –100°С включ.; ±2,5св. -100 до 100°С включ.
Медь-копелевые ТМК (M)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С	-200   –   ±(1,3 + 0,001 × |t|)от –200 до 0°С включ.; ±1св. 0 до 100°С включ.
Сильх-силиновые ТТС (I)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С, для классов:	1; 2; 3   ±1,5от 0 до 375°С включ.; ±0,004 × |t|св. 375 до 800°С включ.;   ±2,5от 0 до 333°С включ.; ±0,0075 × |t|св. 333 до 800°С включ.;     ±2,5св. 0 до 40°С включ.
Вольфрамре-ний- вольфрамрени-евые ТВР (A-1, A-2, A-3)	Нижний предел диапазона измеряемых температур, °С Верхний предел диапазона измеряемых температур, °С Класс Предел допускаемого отклоне-ния от НСХ, °С, для классов:	2200 (2500) 2; 3   ±0,005 × |t|от 1000 до 2500°С включ.; ±0,007 × |t|св. 1000 до 2500°С включ.; ±0,015 × |t|в ТУ на ТП конкретного типа от 0 до 1000°С включ.
Примечания: 1. Материалы для термопар обычно поставляются в соответствии с пределами допустимых отклонений, указанных в таблице 2 для температур выше минус 40°С. Однако при низких температурах материалы термопар ТП типов T, E, K, L, M и N могут не соответствовать пределам допускаемых отклонений класса 3. Поэтому при заказе потребитель должен оговорить соответствие пределов допускаемых отклонений класса 3, а также классов 1 или 2, т.к. требуется подбор материалов. 2. В колонке «Тип ТП» в скобках указан тип ТП, принятый МЭК (для ТП с НСХ: J, T, N, K и E). 3. Буквенное обозначение, применяемой в таблице: t – значение измеряемой температуры, °С. 4. В колонке «Значение показателя» в скобках указана предельная температура при кратковременном применении. 5. Значения пределов допускаемых отклонений от НСХ установлены для термопар ТП. 6. Рабочий диапазон ТП может находиться внутри диапазона измеряемых температур. Кроме рабочего диапазона в ТУ на ТП конкретного типа может быть установлено номинальное значение температуры применения.

Условия применения

Медь-копелевые и медь-медноникелевые термоэлектрические термометры типа Т (близкие к медь-константановым) применяются главным образом для измерения низких температур в промышленности и лабораторной практике. Применение этих термометров для температур менее -200°С осложняется существенным уменьшением коэффициента преобразования с уменьшением температуры. При температурах свыше 400°С начинается интенсивное окисление меди, что ограничивает приминение термометров этих типов.

Железо-медноникелевые, близкие к железо-константановым, термоэлектрические термометры типа J применяются в широком диапазоне температур от -200 до +700°С, а кратковременно – и до 900°С. Они имеют достаточно большой коэффициент преобразования (около 55 мкВ/°C).Высший предел измерения ограничен окислением железа и медноникелевого сплава.

Хромель-копелевые термоэлектрические термометры обладают наибольшим коэффициентом преобразования из всех стандартных термометров (около 70-90 мкВ/°C). Для термометров с термоэлектродами диаметром менее 1 мм верхний предел длительного применения менее 600°С и составляет, например для термоэлектродов диаметром 0,2-0,3 мм только 400°С. Верхний предел изменения определяется стабильностью характеристик копелевого термоэлектрода.

Никельхром-медноникелевые (тип Е), близкие к хром константановым, и никельхром-никельаллюминиевые (тип К) термометры, ранее называемыехромель-алюмелевыми, применяются для измерения температуры различных сред в широком диапазоне температур. Термоэлектрод из никель-алюминиевой проволоки менне устойчив к окислению, чем никельхромовый. Верхние пределы применения ависят от диаметра термоэлектродов. Для термоэлектродов диаметром 3-5 мм верхний предел длительного применения никельхром-никельалюминиевых термометров составляет 1000°С, для диаметра 0,2-0,3 мм – не более 600°С. Для никельхром-медноникелевой термопары он не превышает 700°С.

Все вышеперечисленные термоэлектрические термометры из неблагородных материалов хорошо стоят в инертной и восстановительной атмосфере, в окислительной атмосфере их срок службы ограничен. Кроме того, термоэлектрические термометры хромель-копелевые и никельхром-никельалюминиевые (хромель-алюмелевые) отличаются достаточно высокой стабильностью градуировочной харктеристики при высокой интенсивности ионизирующих излучений.

Платинородий-платиновые термоэлектрические термометры (тип S) могут длительно работать в интервале температур от 0 до 1300°С, а кратковременно – до 1600°С. Положительный термоэлектрод представляет собой сплав, состоящий на 10 % из родия и на 90 % из платины. Эти термометры сохраняют стабильность градуировочной характеристики в окислительной и нейтральной среде. В восстановительной атмосфере платинородий-платиновые термометры работать не могут, так как происходит существенное изменение термо-ЭДС термометра. Негативно воздействует на платинородий-платиновые термометры контакт с углеродом, парами металлов, соединениями углерода и кремния, а также ряд других металлов, загрязняющих термоэлектроды. Следует отметить, что градуировочная характеристика типа S не совпадает с градуировочной харктеристикой ПП, применявшейся ранее.

Платинородий-платинородиевые термоэлектрические термометры типа (типа В) применяются длительно в интервале температур от 3000 до 1600°С, кратковременно до 1800°С. Положительный электрод – сплав из 30% родия и 70% платины. Эти термометры отличаются большей стабильностью градуировочной характеристики, чем платинородий-платиновые, но они также плохо работают в вовстановительной среде. В связи с тем, что термо-ЭДС, развиваемая пплатинородий-платинородиевыми термометрами в интервале температур 0 – 100°С незначительна, при технических измерениях их можно применять без термостатирования свободных концов.

Вольфрамрений-вольфрамрениевые термоэлектрические термометры предназначены для длительного измерения температур от 0 до 2200°С и кратковременно до 2500°С в нейтральной и востановительной средах. Положительный термоэлнктрод – сплав из 95 % вольфрама и 5 % рения, отрицательный – сплав из 80 % вольфрама и 20 % рения.

Подключение термопар к измерительным приборам.

Рис. 2. Схемы подключения измерительного прибора к термопарной цепи

Во втором случае соединяющие проводники с измерительным прибором включены в разрыв свободных концов термопары, рис.2,б. В этом случае места соединения проводника измерительного прибора одновременно превращаются в свободные концы термоэлектрического термометра. Поэтому их температуры должны быть одинаковы, как места соединений дополнительно включенного третьего проводника (согласно закону Вольта) и постоянны, как свободные концы термопары. Если эти условия удовлетворяются, то включение измерительного прибора не искажает термо-эдс термометра.

Для измерения температуры термоэлектрическим термометром необходимо измерить термо-эдс, развиваемую термометром и температуру свободных концов. Если температура свободных концов термометра равна 0°С, то измеряемая температура определяется сразу из известной зависимости t = f(E), которая может быть представлена в виде таблиц, графиков и т.д..

Градуировочные характеристики термоэлектрических термометров определены, как правило, при температуре свободных концов, равной 0°С. Если температура свободных концов на практике отличается от 0°С, но остается постоянной, то для определения температуры рабочего спая необходимо знать не только термо-эдс, развиваемую термометром, но и температуру ссвободных концов t_o. Чтобы ввести поправку на темпратуру свободных концов t_o, отличную от 0°С, необходимо к термо-эдс, развиваемой термометром E(t, t_o) прибавить E(t_o,0), чтобы получить значение термо-эдс E(t, 0), см. ур.

. (4)

Такую термо-эдс E(t_o,0) развивает термоэлектрический термометр при температуре рабочего спая t и температуре свободных концов 0°С, т.е. при условиях градуировки.

Значение поправки на температуру свободных концов термоэлектрического термометра зависит от градуировочной характеристики термометра, определяемой материалами проводников, из которых изготовлен термоэлектрический термометр. Независимо от способа введения поправки (расчетного или с помощью компенсирующих устройств) методика введения поправки остается неизменной: значение E(t_o, 0), найденное любым способом, суммируется с термо-эдс термопары E(t, t_o). Суммарная термо-эдс термопары E(t, 0) в этом случае будет соответствовать градуировочному значению.

Рис. 5.5. Возможный способ изготовления спая термопарной цепи

Удлиняющие провода термоэлектрических термометров.

С целью уменьшения сопротивления термоэлектродов и их стоимости термопары стремятся делать возможно короче. Поэтому вблизи точки измерения, обычно в головке защитного чехла термоэлектрического датчика, предусматривается место подключения термоэлектродов к так называемым термоэлектродным (удлиняющим, компенсационным) проводам. К последним предъявляются менее жесткие требования, чем к термоэлектродам, так как на них не воздействуют высокие температуры. Удлиняющие термоэлектродные провода в интервале температур от 0 до 100°С должны в паре между собой развивать такую же т.э.д.с., как и термопара с которой они комплектуются.

Удлиняющие термоэлектродные провода выпускаются одно- и многожильными в изоляции и с внешним покрытием или оболочкой, удобными для монтажа и прокладки. Для изоляции применяют поливинилхлорид, полииэтилентерефталатную и фторопластовую пленку. Если требуется защита от внешних электромагнитных полей и механических воздействий, применяют оплетку или экран из медных и стальных проволок. Каждый материал имеет свой цвет изоляции или цветные нити в оплетке провода. В таблице приведены типы термопар, рекомендуемые удлиняющие термоэлектродные провода их обозначение и расцветка изоляции.

Рекомендуемые удлиняющие термоэлектродные провода

При лабораторных измерениях температура свободных концов термометра лучше поддеоживать постоянной при 0°С, используя сосуд Дюара, заполненный тающим льдом. Возможно термостатирование с использованием эффекта Пельтье, что требует значительных затрат на аппаратуру. Поэтому температуру свободных концов часто термостатируют на уровне несколько большем температуры окружающей среды, используя электрический нагрев и электронную стабилизацию.

Устройство термоэлектрических термометров. Рабочий спай термоэлектрического термометра чаще всего изготавливается путем сварки, в отдельных случаях применяют пайку, а для вольфрамрениевых термометров – скрутку электродов. В отдельных конструкциях термоэлектроды приваривают к защитному чехлу, что позволяет снизить инерционность датчика.

Электрическая изоляция термоэлектродов осуществляется материалами, сохраняющими свои изоляционные свойства во всем рабочем диапазоне температур и не загрязняющими термоэлектроды. Наибольшее распространение при температурах до 1300°С получили фарфоровые трубки и бусы, для более высоких температур применяются бусы из окииси алюминия и из других изоляционных материалов.

Для защиты термоэлектродов от воздействия измеряемой среды их помещают в защитный чехол из газонепроницаемых материалов, выдерживающих рабочие температуры и давления среды. Защитные чехлы изготавливают из различных марок стали для температур до 1000°С. При боле высоких температурах применяют специальные чехлы из тугоплавких материалов. Например из диборида циркония с молибденом для измерения температуры расплава стали, чугуна и востановительной газовой среды до 2200°С. Для измерения температуры расплавленного стекла и окислительной газовой среды до 1700°С применяют чехлы из дисилицида молибдена.

Рис. 5.6. Схемы некоторых термоэлектрических преобразователей

а – для сред с давлением, близким к атмосферному (L = 500 – 3150 мм); б – с неподвижным резьбовым штуцером (до 30 Мпа, L = 80 – 1250 мм), специальной конструкции (до давления 25,5 Мпа, L = 80 – 200 мм); в – на основе термопарного кабеля с приваренными удлиняющими проводами (до 0,4 Мпа, L = 80 – 20000 мм)

Большое распространение имеют термоэлектрические датчики кабельного типа, рис. 5.6,в. Они представляют собой два термоэлектрода, помещенные в тонкостенную оболочку. Пространство между термоэлектродами и оболочкой заполняется специальным изолирующим порошком (MgO или Al₂O₃). Оболочка изготавливается из нержавеющей стали или жаропрочной стали. Наружный диаметр оболочки (0,5 – 6) мм, длина до 25 м. Выпускаются хромель-алюмелевые и хромель-копелевые датчики с изолированными и неизолированными спаями.