Термопара для измерения низких температур

 

ТЕРМОПАРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗ-г КИХ ТЕМПЕРАТУР, содержащая положительный электрод, выполненный из сплава на основе меди и никеля, и отрицательный электрод, выполненный из сплава на основе меди и железа, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения термоэлектрической чувствительности при 273 К при сохранении высокой чувствительности ниже 77 К, положительньШ электрод выполнен иэ сплава, содержащего 0,011 ,5 мас.% никеля и медь остальное, а отрицательный электрод - из сплава , содержащего 0,01-0,2 мас.% железа , 0,01-1,5 мас.% алюминия и медь остальное.

СОЮЗ СООЕТСНИХ

ЛЮ

РЕСПУБЛИК 4(51 G 01 К 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 358840!/24-10 (22) 10.05.83 (46) 07.02.85. Бюл. В 5 (72) С.Г. Хаютин, В.А. Черенков и В.В. Никитин (71) Государственный научно-исследовательский проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов (53) 536.532(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 808873, кл. G 01 К 7/02, 10.01.79.

2. Авторское свидетельство СССР

У 474700, кл.,G 01 К 7/00, 20.07.72 (прототип). (54)(57) ТЕРМОПАРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗ-.

КИХ ТЕМПЕРАТУР, содержащая положи„.Я0.„1138 63 A тельный электрод, выполненный иэ сплава на основе меди и никеля, и отрицательный электрод, выполненный иэ сплава на основе меди и желеэа, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности иэмерения путем уменьшения термоэлектрической чувствительности при 273 К при сохранении высокой чувствительности ниже

77 К, положительный электрод выполнен иэ сплава, содержащего 0,0!1,5 мас.X никеля и медь остальное, а отрицательный электрод — иэ сплава, содержащего 0,0!-0,2 мас.X желеэа, 0,01-1,5 мас.Х алнминия и медь остальное.

663

1 I 138

Изобретение относится к измерений. температур при помощи термопар.

Известна термопара для измерения низких температур (1), Известна термопара, отрицательный электрод которой выполнен из сплава на основе меди и железа, а положительный из сплава на основе меди и железа, а положительный из сллава на основе меди и никеля Pj

Недостатками известных термопар являются их нестабильность во времени и сравнительно большая чувствительность при комнатной температуре..

Цель изобретения — повышение точности измерения путем уменьшения тер= моэлектрической чувствительности вблизи 273 К при сохранении высокой чувствительности ниже 77 К (точки кипения азота) .

Для достижения поставленной цели в термопаре, для измерения низких температур, содержащей положитель-. ный электрод, выполненный из сплава на основе меди и никеля, и отрица- д тельный электрод, выполненный из сплава на основе меди и железа, положительный электрод выполнен из сплава, содержащего 0,01-1,5 мас.X никеля и медь остальное, а отрицательный З0 электрод — из сплава, содержащего

0,01-0,2 мас.% железа, 0,01-1,5 мас.X алюминия и медь остальное.

Изменение термоэлектрической характеристики предлагаемой термо35 пары в результате искусственного старения при 300 С в течение 50 ч не

0 превышает 60-80 мкВ.

Дополнительное введение алюминия изменяет зависимость е(Т1. В частности, при содержании алюминия

0,10-0,20% в сплаве Cu-Fe-А1 и содержании никеля 0,5-0,7% в сплаве

CuNi их термоэлектрическая чувствительность практически совпадает в

45 большом диапазоне температур (вблизи 0 С).

Подбором материалов термоэлектродов можно добиться практически нулевой чувствительности термопары

50 к температуре свободных концов, при этом термоэлектрические чувствительности обоих электродов при 273 К должны совпадать. Термо-ЭДС электродов при 273 К компенсируются так, 55 что ЭДС пары равна нулю, Содержание железа в отрицательном электроде термопары может быть 0,01

0 20%. При этом абсолютная дифференциальная термо-ЭДС при 273 К может иметь значения от +1,6 до -8 .мкВ/град

Сплав меди с никелем дает такую же термо-ЭДС при содержании никеля

0,01-1,5%. Малая термоэлектрическая неоднородность положительного электрода обеспечивает измерение температуры предлагаемой термопарой с точ- ностью 0,1 град. Положительный термоэлектрод на основе сплава медьникель при концентрации никеля менее

О,OIX имеет абсолютную дифференциальную термо-ЭДС 0,01-0,1 мКв/град ва всем интервале 4,2-300 K и не представляет практического интереса. Сплав медь-никель прн содержа нии никеля более 1,5% имеет термо-ЭДС большую по абсолютной величине, чем термо-ЗДС отрицательноro электрода медь — железо — алюминий н поэтому неприемлен. Примеры возможных термопар показаны в таблице.

Из таблицы видно, что предложенная, термопара обладает практически нуле- вой чувствительностью при температуре 273 К. Зто позволяет для большинства технических средств отказаться от термостатирования свободных концов, поскольку изменение их температуры в пределах до 20 С не влия0 ет на интегральную термо-ЗДС.

Предлагаемая термопара имеет бо Ъ лее стабильную во времени термоэлек-, трическую характеристику. Изменение термо-ЭДС термопары CuFeA1/CuNi о при 300 С не превышает 60-80 мкВ, a: при 20ОС в течение 2-3 лет не превышает 5 мкВ. Термоэлектрическая неоднородность проволоки из сплава медьжелезо — алюминий на длине 100 м не превосходит 5 мкВ на 100 м lO мкВ что обеспечивает удобство в комплектации термоэлектродов в пары.

Изменение термоэлектрической характеристики предлагаемой термопары в результате циклических перегревов

4,2-250 К не превышает 0,1 град.

Новая термопара найдет широкое применение в криогенной технике.

Повышается точность измерений, удешевляется аппаратура.! 138663 мкВ/град з

Состав отрицат электрода

50 К 273 К

Известный

160

) 70

190 8

Си

Си

)40

Cu+0 01 Fe+0 Q02 Zi Cu

Cu+0,01 Fe+0 001 Zi Cu,)40

5 2

lO 6,5 6

)2 6,5 б

160

Cu+0, l5 Fe+0,002 Zi Cu

Cu+0 20 Fe+0,001. Zi Cu

Cu+0 005 Fe+0 005 Al Cu!

Предлагаемый

0,)5 < О,l 0,15 50

0,1 т 0,1 0,1 60

01<010110

01 с 01 0! 80

0 !5 0 1 0 1 60

015 < 0) 020 30

Cu+0,01 Fe+O,O1 А1

Cu+O,lO Fe+0920 Al

Cu+09O) Mi

Cu+Q,5 )И

Cu+0 3 Ni

Cu+0 lO Fe+1 5 Al

Cu+0 6 й

Cu+0,15 Fe+0,01 Al

Си+195 М

Cu+l 5 Ni ..

Cu+1,5 Mi

Cu+0 20 Fe+0 3 Al

Cu+0,20 Fe+1 ° 5 Al

Cu+0 20 Fe+0 01 Al

091 (0 1 0 1 80

12.Известный

Cu+0,20 Fe+2,0 Al

Cu+0 30 Fe+2,0 А1

Cu+l,5 Ni

Cu+2 О Ni

70

97ПВШИ,,Заказ 10677/31 .THppp ЗЗ7 За79азакаа тент > г Ужгород, уа,Проектная, 4

Cu+0,0) Fe

Cu+0 10 Fe . .Cu+0,15 Fe

Cu+0,20 Fe

Изменение тер моЭДС в результате искусственного, старения при 300 С, 50 ч.мкВ