Способ стабилизации термо-эдс термопар

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1939962

1 (6l ) Дополнительное к авг. спид-ву(22}Заявлено 18. 12. 80 (2! ) 3213601/18-10 с присоединением заявки,% (23) Приоритет (5l )IN. Кл.

G 01 К 7/02

Веуаарстееиы1 кемятет

CCCP ве лелем язебретенк11 к етерыткй

ОпУблнковаио 30. 06.82. Бюллетень,1 в 24

Дага опубликования описания 30.06.82 (53) УДК 536. .532(088.8) Б.И. Стаднык, И.И. Новиков, А.Н..Гордов, В.И. Лах, П.Г. Столярчук и Я.В. Саноцкйй, (72) Авторы изобретения

f

I

1 (71) Заявитель (54} СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕРМО-ЭДС ТЕРМОПАР

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 f1). Отжигают термоэлектроды в вакууме и водороде, протягивая их при 1400 С, или травят их в о смеси азотной и плавиковой кислот (2) и $3j.

Известен способ стабилизации, осуществляемый электронагревом при достаточно высокой температуре )4).

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

5 обеспечивают стабилизацию термо-ЭДС только в начальный период работы термопары.

Многочисленные эксперимен таль ные данные по изучению факторов дестабилизации термо-ЭДС термопар показывают, что процесс ее изменения происходит непрерывно.

Кинетику изменений показаний термопар в метрологической практике и физическом толковании принято объяснять в основном эа счет химических изменений в термоэлектродах. Однако, экспериментальные данные не под20 тверждают однозначной связи между изменением химического состава термоэлектродов в процессе измерения и изменением термо-ЭДС. Ее изменение, зависит также от конструктивного ис-

9962 4

3 93 полнения, условий применения и агрессивных 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 Ь Е термо-ЭДС возрастают с увеличением величины напряжений и температуры.

Если G не выходит за границы предела упругости, то после снятия напряжений ЬЕ уменьшается до нуля практически беэ заметного запаздывания.

Обнаруженная закономерность соблюдается при всех температурах исследований — от 500 до 2500 С.

При "мгновенном" изменении температуры образца в нем возникают термоструктурные напряжения, которые приводят к возникновению наведенной термо-ЭДС.

Обнаруженные изменения термо-ЭДС при появлении напряжений в термоэлектродах можно обьяснить в рамках общей теории термоэлектрических яв,1 лений. Обычно. принимается, что состояние материала термоэлектродов не меняется от точки к точке, что соответствует постоянству удельной энергии Гиббса материала или, что тоже самое, его химического потенциала.

В этом случае термодинамических сил, обуславливающих термоэлектрические эффекты, только две: градиент температуры и градиент электрического потенциала. Если материал термоэлектродов локально напряжен, то вследст вие наличия дефектов кристаллической структуры распределение напряжени" 5 будет неоднородным. Кроме того, энергия Гиббса на единицу объема термоэлектродов увеличится на величину(р p(0- модуль упругости), и, соответственно, возникдет еще одна термодинамическая сила,определяемая изменением энергии Гиббса материала и равна ®,О у-а /О.

Таким образом, в, напряженных термоэлектродах плотности потока тепла и электрического тока будут зависеть не только от градиентов температуры и электрического потенциала, но и от градиента напряжения (. Все это приводит к зависимости термо-ЭДС от величины и характера возникающих в ма5

1О

55 териале термоэлектродов механических локальных напряжений (Sg (6j, (7) и Р8 .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ термообработки термоэлектродов термопар, заключающийся в отжиге электронагревом в газовой среде P9).

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 ати 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 ати при температуре от 1000 до 18000О 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, атОмы 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 раэ. Предполагаемый экономический эффект от внедрения способа только

5 на одном предприятии составит

3 млн. руб.

9399

Формула изобретения

Составитель Н. Горшкова

Редактор Е. Лушникова Техред Т.Фанта Корректор У. Пономаренко

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4654/61

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ стабилизации,термо-ЭДС термопар, включающий термообработку термоэлектродов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше- 10 ния точности измерения температуры, термоэлектроды дополнительно подвергают отжигу в среде аргона под избыточным давлением 0,1-0,3 ати при температуре, равной 1/3-1/2 темпе- 1s ратуры плавления термоэлектродов, до образования в структуре металла микрополостей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе рВ

1. Кривцов В.А., Харитонов Н.П.

Микротермопары для точных измсрений температуры. Ленингцадский дом научно-технической пропаганды. Л., 1966, с.21. 2$

2. Стаднык Б.И., Яцишин С.П., Лах В.И. Стабилизация эксплуатацион62 6 ных характеристик высокотемпературных термоэлектрических термометров.

ЦНИИТЭИприборостроения. М., 1977, с. 11"12.

3. Линевег Ф. Измерение температуры. Справочник. М., "Металлургия", 1980, с. 66.

4. Приборы и методы физического металловедения. М., "Мир", 1973, с. 32-33

5. Гордов А.Н. Основы пирометрии.

M., "Металлургия", 1971, с. 447.

6. Лах В.И., Кюздени О.А., Самсонов Г.В. и др. Датчики измерения температуры в промышленности. Киев, "Наукова думка", 1972, с. 223.

7. Jn Temperature. Its Measurement and control in Science and

Industry (Reinhold Rublic Corporation) N.З . 1973, vol 4, р, 3.

8. Баранов А.А. Фазовые превращения и термоциклирование металлов.

Киев. "Наукова думка", 1974, с. 230.

9, Данишевский С.К., СведеШвец Н.И. Высокотемпературные термопары. М., "Металлургия", 1977, с. 231 (прототип).