Компенсационный провод

 

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ JEIPOBOfl Iдля термопар, включающий положи-, тельный электрод в виде композиции двух элементов из алнмлеля и хромеля, имеющих электрический контакт по всей длине, и отрицательный электрод, содержащий элемент из меди, отличающийс я тем, что, с целью ксалпенсации термо-ЭДС термопары ВМ-5-РК/ВР-2Р в рабочем интервале температур 0-500°С, в нем в отрицательный электрод дополнительно введены два элемента, выполненных из алюминия и железа, при соотнсяяении площадей поперечного сечения элементов из меди, алюминия и железа соответственно 1:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 3(я) 01 .К 7/02

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н ABT0PCHOh4Y СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.(4IJ 3532346/18-10 (22) 18. 11, 82 (46) 23,12. 83.. Бюл Ф 47 (72) В, A. Холмянский, A,К. Агафонов, В. И. Налнваев, Е-. П. Волков и В. С.,Константинов (53). 536. 53(088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 645039, кл, С 01 К 7/02, 08. 08. 77 °

2. Рогельберг И,Л. Исследование сплавов для термопар П. М,, Метал. .лургия 1967, вып. 25, с. 85-93 (прототьщ) (54) (57) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРОВОД для термопар, включающий положи-, тельный электрод в виде композиции двух элементов из алюмеля и хромеля, имеющих электрический кон-! 1 такт по всей длине, и отрицательный электрод, содержащий элемент из меди, отличающийся тем, что, с целЬю компенсации термо-ЭДС термопары ВМ-5-РК/BP-20 в рабочем интервале температур 0-500 С в нем в отрицательный электрод дополнительно введены два элемента, вы. полненных из алюминия и железа, при соотношении площадей поперечного сечения элементов из меди, алюминия и железа соответственно

1:(3,7-4, 3) г(0,8-1,2) с образованием их электрического контакта по всей длине, а соотношение площадей поперечного сечения элементов положительного электрода из алюмеля и хромеля равно 1:(5,5-7,5.).

1062535

10

55

65

Изобретение относится к области измерения температур, в.частности к термоэлектрической термометрии, и может быть использовано для создания компенсационного провода с прецизионной поэлектродной компенсацией к высокотемпературной термопаре на основе вольфрамрениевых сплавов (BM-5-PK/BP-20), положительный термоэлектрод которой имеет состав, sec,Ú: рений 4-5; молибден 0,1-0,5; карбид циркония

ZrC 0,1-0,2; углерод 0,01-0,03;. вольфрам — остальное.

Известны компенсационные провода, термоэлектроды в которых вы- 15 полнены в виде неоднородной композиции из разнородных, параллельно соединенных проводников, например компенсационный провод для термопары ПР 30/6, в котором положитель- 20 ный электрод выполнен из меди, а отрицательный электрод — в виде композиции трех элементов, имеющих электрический контакт по всей длине и изготовленных соответственно из 25 меди, алюминия и железа при соотношении площадей поперечного сечения этих элементов fl;

Известен поэлектродный компенсационный провод к термопаре BP 5/20, составленный из композиционных термоэлектродов, где положительный термоэлектрод выполнен в виде композиции из алюмеля и хромеля при соотношении площадей поперечного сечения элементов 1:0,65, а отрицательный термоэлектрод выполнен в виде композиции из меди и никеля при соотношении площадей поперечного сечения 1:0,61 (2)

Однако этот компенсационный провод осуществляет компенсацию термо-ЭДС только до 300 С, а его термоэлектрическая характеристика не соответствует характеристике термопары ВМ-5-PK/BP-20, 45

Целью изобретения является компенсация термо-ЭДС термопары ВМ-5-PK/HP20 в рабочем интервале температур

0 500оС

Для достижения поставленной цели в компенсационный провод для термопар, включающий положительный электрод в виде композиции двух элементов из алюмеля и хромеля, имеющих электрический контакт по всей длине, и отрицательный электрод, содержащий элемент из меди, в отрицательный электрод дополнительно введены два элемента из алюминия и железа при соотношении площадей поперечного сечения элементов из меди, алюминия и железа соответственно

1:(3,7-4,3):(О 8-1,2) с образованием их электрйческого контакта по всей длине, а соотношение площадей поперечного сечения элементов положительного электрода из алюмеля и хромеля равно 1:(5,5-7,5)o

Рабочий интервал компенсации составляет 0-500,С.

В таблице приведены зависимости термо-ЭДС от температуры каждого электрода компенсационного провода и термопары BM-5-РК/BP-20, расхождение градуировок одноименных электродов компенсационного провода и основной термопары (отклонение от поэлектродности Ь ) и значения суммарной термо-ЭДС компенсационного провода и термопары BP-5/20 и суммарной погрешности 8:, Величина а не превышает 0,2 мВ Это означает, что погрешность измерения при различии температур соединений основной термопары и компенсационного провода практически пренебрежимо мала Суммарная погрешность за счет компенсационного провода (6) не превышает 0,13 мВ (10 С) до

500 С, что почти в 3 раза ниже погрешности компенсационного провода с поэлектродной компенсацией из сплавов нионик 30-нимо 5 (28 C).

Этот же компенсационный провод .может быть использован и для термопары BP 5/20.

Пределы соотношений поперечных сечений элементов обеих композиций выбраны с учетом колебания градуировочных характеристик как термоэлектродов вольфрам-рениевой термопары, так и вследствие колебания термоЭДС хромеля и алюмеля в пределах четырех классов по ГОСТ 1790-7,7.

Средние значения соотношений площадей поперечного сечения элементов определены экспериментальным подбором и оптимизированы, любое дру- гое соотношение приводит к увеличению систематической погрешности оПределы колебания площадей поперечного сечения определены по следующей методике; изменение соотношения площадей поперечного сечения элементов в заданных пределах должно компенсировать с вероятностью

<=0,95 случайные колебания характеристик элементов композиции, влияющих на величину эквивалентной термо-ЭДС композиции (Ез), а именно величины термо-ЭДС и удельного электросопротивления составляющих элементов и колебания диаметра проволок в пределах допуска по толщине

Таким образом, допустимые пределы соотношения поперечных сечений элементов определяются непосредственно из расчета случайного колебания термо-ЭДС композиции, 1062535

10 получаем выражение дисперсии эквивалентной термо-ЭДС при этом

ИспОльзуя известные значения дисперсии Е; и /; можно рассчитать дисперсию Е>, которая и служит критерием для последующего рас чета допустимых пределов колебания соотношения площадей поперечного сечения

Для данной композиции приняты значения дисперсий полученных по данным ГОСТ 1790-77; ГОСТ 6132-79, Колебания термо-ЭДС хромеля и алюмеля взяты по допуску на четыре класса по ГОСТ 1790-7,7. Среднеквадратичное отклонение термо-ЭДС для чистых металлов Cu, Al, Fe определено экспериментально и составляет при 500 С соответственно 1,5 ° 10

3,0 10 и 15,0 10 мВ. Колебания удельной электрической проводимости алюминия характеризуются среднеквадратичным отклонением 6 1Ъ (в пределах одной партии) 45

60

Реальное уточнение соотношения поперечных сечений проводят следующим образом: изготавливают пробный образец композиции, измеряют ее термо-ЭДС, определяют нужное изменение соотношения (в пределах допуска) и изготавливают композицию с измененным соотношением и заданной термо-ЭДС, Характеристика случайных колебаний эквивалентной термо-ЭДС композиции Ез (среднеквадратичное отклонение 6 E9 ) определяется как функция нескольких переменных, изменяющихся .независимо друг от друга (E; и g, :) .Известно, что аб- 15 солютная дисперсия суммы равна сумме абсолютных дисперсий слагаемых, а относительная дисперсия произведения (частного) равна сумме относительных дисперсий сомно- . 20 жителей (делимого и делителя), На основании этого правила, а также известного полуколичественного выражения эквивалентной термо-ЭДС композиции 25

Получены следующие расчетные значения допустимого случайного отклонения эквивалентной термо-ЭДС

М=0,95 при 500 С, мВ: для положительного электрода (Х/A) 0,47, для отрицательного электрода (Cu/Al/Fe)

0,0,8

На основании этих значений рассчитаны величины допустимых пределов соотношения поперечных сечений композиций, варьирование которых обеспечивает суммарное смещение термо-ЭДС на величину + 0,65 мВ

Для проверки расчета был проведен эксперимент по составлению композиций из случайно выбранных проволок используемых материалов. После первичного замера проводилась корректировка сечений элементов в пределах допусков, Из 25 композиций оказалось возможньм получить 24 композиции с допуском по термо-ЭДС в пределах + 0,10 мВ относительно среднего значения, Этот допуск обусловлен случайным разбросом толщин проволок, а также. термоэлектрической неоднородностью и не может быть устранен корректировкой соотношений сечений элементов.

Таким образом, пределы соотношения площадей поперечного сечения элементов определяются случайным разбросом термо-ЭДС электропроводности и толщины элементов, При соотношении. площадей поперечного сечения элементов положительного электрода из алюмеля и хромеля менее 1:5,5 и более 1:7,5 и элементов отрицательного электрода из меди, алюминия и железа менее

1:3,7:0,8 и более 1,4,3:1,2 вероят- . ность воэможности корректировки случайного разброса эквивалентной термо-ЭДС резко падает и тем самым возрастает суммарная погрешность термопары.

Композиционные термоэлектроды компенсационного провода могут быть выполнены в виде окрутки элементов различной толщины (каждый материал в виде одной проволоки) или в виде окрутки различного числа проволок каждого элемента, имеющих равную толщину, или каким-либо другим способом, обеспечивающим постоянство соотношения площадей поперечного сечения элементов и наличие электрического контакта между элементами по всей длине композиции, где имеется температурный градиент в процессе эксплуатации.

Предложенный компенсационный провод осуществляет прецизионную поэлектродную -.компенсацию термо-ЭДС термо- пары BM-5-PK/BP-20 с погрешностью менее 10 С, Технология изготовления

1062535 предложенной композиции проста, она может быть изготовлена потребителем на неспециализированном оборудованин, поскольку включает широко распространенные промналенные сплавые

Градуировка или погрешность

Термо-ЭДС композиции из хромеля и алюмеля с соотношением площадей поперечного сечения элементов

6,45!1 (Е„) +6,62 +9у28 +11,86

+1,82 +4,13

Термо-ЭДС электрода из сплава W+Pe 4-5%+Мо 0,10,5%+ЕгС 0,1+0,2%+ С 0,1+

+0,03% (E< ) +6,58 +9,25, +12,02

+1,85 +4,15

Термо-ЭДС композиции из меди, алюминия и железа с соотношением площадей поперечных сечений (Ех= ) +2,37 +3,49 +4,74

+0,63 +1,40

Термо-ЭДС термоэлектрода

ВР+20 (Вц- )

Отклонение от поэлектродности положительный электрод

Ь=Е„, -Е„ь

+0,53 +1,31 !

+2,33 +3,50 . +4,86

+0,04 +0,03 -0,16

"0 03. -0,02 отрицательный электрод б.:- Е„.=Ем=

+0,04 . -0,01.. -Оу12

+0,10 +0,09

Суммарная термо-ЭДС ком-пенсационного провода

E»"- Е -Еу

5,79 7,12

4,25

2,73

1 19

Суммарная термо-ЭДС термопары ВМ-5-PK/ВР-20

Е „" Е 0+-Ец

4,25 5,75 7,16

1,32 2у84

Суммарная погрешность компенсационного провода

8 E)(-Eg

-0,13 . -Oill

-0,04

О +0,04 й»

П р и м е ч а н и е Измерение термо-ЭДС проводили относительно платинового электрода сравнения, Свободные. концы при 0";С

Положительный термоэлектрод представляет скрутку проволок хромеля Ф 0,3 мм б шт,, ф 0,2 мм 1 шт.. и алюмеля 4 0,3 мм 1 шт.

Составитель;Л,Валянина

Техред T.Ìàòo÷êà

Корректор .О,Билак. L

Редактор;И,Николайчук

Заказ 10207/42 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, упь Проектная, 4