Термопары для измерение температуры жидких металлов

Измерение температуры жидкой
стали в металлургическом производстве производиться чаще всего платиновыми
термопарами градуировки В и S.

В России наибольшее распространение получили термопары градуировки В, в
европейских странах в основном используется градуировка S Термопара (или как ее еще называют
пакет, зонд, термопреобразователь) представляет собой картонную трубку, на
одном конце которой находиться чувствительный элемент – собственно сама
термопара. Чувствительный элемент состоит из керамического основания,
платиновой термопары, расположенной внутри кварцевой трубочки и контактной
группы. Контактная группа выполнена из полипропилена и двух медных контактных
проводников, к которым приварена платиновая проволока. Чувствительный элемент
на клею с натягом посажен с торца в картонную гильзу пакета.

Термопары для измерение температуры жидких металлов

Кварцевая трубочка с проволокой
защищена стальным колпачком, который может быть дополнительно защищен картонным
колпачком. Пакет надевается на жезл или манипулятор и погружается в
расплавленную сталь.

Измерение длиться от 3 до 6 секунд – именно за такое время
при благоприятных условиях термопара успевает прогреться до температуры жидкой
стали. Вторичный прибор фиксирует факт установления показаний температуры и
термопара извлекается из стали. Пакет является одноразовым изделием и после
извлечения снимается с жезла и выбрасывается.

Погрешность измерения применяемых
термопар составляет 0…+3 °С. В качестве компенсационных проводов для термопар
градуировки В используется обычный медный
провод.

В той части жезла или манипулятора где возможно воздействие высоких
температур используется специальный кабель КМЖ (кабель медный жаростойкий) способный работать при
температурах до 500 °С. Как правило, при штатном протекании процесса измерения
та часть жезла или манипулятора, которая закрыта картонной гильзой пакета не
нагревается.

За 10 секунд нахождения пакета в
расплавленной стали картонная гильза обгорает примерно на половину своей
толщины, но ни металлический контактный блок, ни металлический жезл под пакетом
не нагреваются.  Нагреваются лишь те
части жезла или манипулятора (за счет налипания брызг шлака и металла и
теплового излучения), что не защищены пакетом. 
Это и обуславливает необходимость применения КМЖ.

Слабым местом КМЖ является
высокая гигроскопичность изолирующей засыпки кабеля. В результате насыщения
засыпки кабеля влагой сопротивление между жилами резко падает, что ведет к
увеличению погрешности измерения (причем измеренное значение температуры
становиться существенно больше реального).

Сопротивление между жилами КМЖ в
случае необходимости контролируется  с
помощью мегомметра или мультиметра с пределом измерения сопротивления не менее
200 МОм. Сопротивление между жилами должно быть не менее 50 МОм, в
противном случае КМЖ следует заменить.

Это же касается и гибких соединительных компенсационных проводов, идущих к
вторичному прибору.

Большое влияние на качество
замера оказывает количество влаги, содержащейся в картонной гильзе пакета. В
случае ее большого содержания при погружении пакета в сталь возникают биения
из-за испарения этой влаги. Поэтому перед применением пакеты желательно
просушить.

При поставке зондов с завода-производителя
содержание влаги в них составляет от    7 до 10% по массе.  При их транспортировке и  хранении до использования содержание влаги в может измениться. Рекомендуется хранить зонды в теплых и сухих
помещениях.

Опыт показывает, что при хранении при температуре  20°C и относительной влажности
50 — 70 % содержание влаги в зондах стабилизируется на уровне 7 — 9%.

Также качество замера зависит от
глубины погружения пакета в жидкую сталь. Недопустимо, чтобы при измерении
термопара пакета находилась в зоне разделения двух сред – шлака и металла.

Так
как из-за существенной разницы в температурах шлака и металла может возникнуть
такая ситуация, когда при трех последовательных замерах с интервалом в
несколько минут показания будут следующими: 1705°, 1560°, 1648°.

При том, что
реальные значения температуры стали в это же время были равны 1540°, 1550°,
1565° соответственно.

Термопары для измерение температуры жидких металлов

Наибольшее распространение на
уральских металлургических заводах нашло оборудование отечественного
предприятия ООО «Теплоприбор-ЭкспрессАнализ» и бельгийской компании Heraeus Electro-Nite. Рассмотрим основной комплект
оборудования и расходных материалов компании Electro-Nite.

С чувствительного элемента (термопары) сигнал
термоЭДС снимается посредством контактного блока Positherm или Celox. Контактный блок Positherm имеет два вывода: Т+ и Т-.

Контактный блок Celox имеет четыре
вывода: кроме тех же температурных контактов Т+ и Т- он дополнительно имеет два
вывода на окисленность О+ и О- для работы с комбинированными зондами (пакетами)
Celox. Выводы Т- и О- соединены соеденены между собой внутри контактного блока.

Выводы
контактных блоков имеют ту же цветовую и символьную маркировку, что и КМЖ. Сигнал
с термопары посредством внутреннего и внешнего компенсационного провода передается на вторичный показывающий прибор Digitemp или MultiLab.

Пакеты (термопреобразователи) фирмы Electro-Nite выпускаются
нескольких модификаций. Для жезлов ручного замера в основном применяют пакеты Positherm и
 Celox под наконечник
жезла Celox, который имеет
наружный диаметр 16 мм.
 Наконечник жезла Celox комплектуется
контактным блоком Positherm или Celox.

Автоматические манипуляторы замера температуры MORE Catfis комплектуются
наконечниками жезла BSE или MORE.

Наконечник жезла BSE с внешним диаметром 39 мм комплектуется стандартным контактным
блоком Positherm или Celox
и ориентирован под пакеты Positherm и Celox
типа BSE. Наконечник
жезла More комплектуется контактным блоком EN-3 и имеет наружный диаметр 27 мм.

Этот наконечник жезла
и контактный блок были разработаны итальянской компанией More – производителем автоматических манипуляторов
для замера температуры расплавленных металлов в металлургических печах.

Пакеты
под наконечник жезла и контактный блок Moreтакже выпускаются фирмой Electro-Nite. Выбирая тот или иной наконечник жезла (BSE или More) для применения на
автоматическом манипуляторе необходимо учитывать их достоинства и недостатки.

Термопары для измерение температуры жидких металлов

К
недостаткам наконечника жезла BSE можно отнести его более низкую изломостойкость, по сравнению
с наконечником жезла More.
В случае если при перемещении манипулятора наконечник жезла во что-то упрется
(заросший порог печи, нерасплавленный тяжеловесный лом в ванне печи и т.п.) то
он может сломаться.

Применяемый контактный блок Celox также
является слабым местом, так как он имеет существенную длину ни чем не
защищенной выступающей части. Но высокая технологическая дисциплина персонала может
сделать эти недостатки несущественными.

Наконечник жезла BSE с контактным
блоком Celox так же более требователен к остаточной влажности пакетов Celox – комбинированных
зондов для одновременного измерения температуры жидкой стали и ее окисленности.
Наружная металлическая поверхность контактного блока Celox является
плюсовым выводом окисленности.

При большом выделении влаги из непросушенного
пакета в процессе его погружения в горячий металл плюс окисленности через
пленку воды электрически соединяется с заземленным наконечником жезла. Это
приводит к непредставительному замеру окисленности с сильными колебаниями
показаний.

Избавиться от этого недостатка можно только применяя предварительно
просушенные пакеты.

Кроме того, влага вместе со смольным компонентом
(выделяющимся при горении пропитанной клеем картонной гильзы пакета) через
зазор между корпусом контактного блока и наконечником жезла  BSE проникает внутрь наконечника жезла и
постепенно впитывается гигроскопичной засыпкой КМЖ. Это приводит к уменьшению
сопротивления изоляции кабеля КМЖ и завышению (!!!) показаний измеренной
температуры. Данный недостаток можно устранить герметизацией зазора намоткой изоляционной
ПВХ ленты.

К достоинствам наконечника жезла BSE можно
отнести все же более высокий ресурс работы применяемого контактного блока Celox по
сравнению с контактным блоком EN-3.
Но, пожалуй, в большинстве случаев определяющим фактором применения BSE является
более низкая стоимость пакетов.

К достоинствам наконечников жезла More можно
отнести то, что их труднее сломать. При ударе о препятствие они, как правило,
гнуться, но не ломаются. Выпрямить погнутый наконечник жезла More можно даже
не демонтируя его с манипулятора.

Применяемый контактный блок EN-3 защищен от механических повреждений,
так как полностью находиться внутри наконечника жезла.

Кроме того наконечник
жезла More имеет
меньшую стоимость и более ремонтопригоден, так как имеет более простую
конструкцию.

К недостаткам наконечников жезла More можно отнести то, что применяемые в
них контактные блоки EN-3
требуют более частой очистки и чаще выходят из строя при попадании на них
горячего металла или шлака. Кроме того пакеты под данный тип наконечника жезла
имеют более высокую стоимость.

Термопары для измерение температуры жидких металлов

На машинах непрерывного литья
заготовок нашла применение система постоянного измерения температуры с
многоразовыми пакетами Contitherm.

В процессе работы эти пакеты погружаются в расплавленную сталь и осуществляют
непрерывное измерение ее температуры. Ресурс пакета рассчитан приблизительно на
24 часа работы.

При смене промковша Contitherm извлекается из него с помощью манипулятора и при
постановке нового промковша в позицию разливки вновь погружается в жидкую
сталь. 

По своей сути Contitherm является все той же
термопарой градуировки В, но имеет усиленную жаропрочную оболочку из алюмографита. Термопару размещают так, чтобы её нижний конец
находился на глубине примерно 510 мм  в
зоне выпускного отверстия пром. ковша.

Контактный блок Contitherm
и компенсационный кабель имеют несколько иную конструкцию – это связано с тем,
что зона контакта в процессе работы может нагреваться до 400°С, что является
допустимым нагревом. Термопара  Contitherm прогревается от комнатной температуры до до температуры 1540 °С  за 1 – 2 мин.

Читайте также:  Производственная металл компания решетки на окна

После этого она
реагирует на изменение температуры со скоростью ±10 °С/мин.

Термопары для измерение температуры жидких металлов

Для увеличения времени работы постоянного замера на
некоторых предприятиях термопару Contitherm дорабатывают. На то место
термопары, которое будет находиться в слое шлака одевают керамическую втулку
подходящего диаметра. Как правило, для этих целей используют обрезок керамического
сталеразливочного стакана машины непрерывного литья заготовок.

Втулку крепят к
термопаре с помощью футеровочной массы, используемой для заливки промковшей и стальковшей. Чаще всего термопара постоянного замера температуры Contithermвыходит
из строя при ее извлечении из промковша из-за врастания ее в слой шлака.

Поэтому
при извлечении Contitherm рекомендуется сначала еще немного глубже погрузить ее в
ковш, а уже потом поднимать.

Термопары для измерение температуры жидких металлов

В удобное для восприятия
человеком числовое значение температуры измеренная термоЭДС преобразуется
вторичными приборами Digitemp
или MultiLab III Celox. Прибор Digitemp имеет всего один вход для
подключения термопары.

Он имеет встроенную плату Profibus для передачи данных в PLC
и релейную плату для формирования световых сигналов на светофоре. Digitemp может быть настроен
на работу с термопарами разового замера или с термопарами постоянного замера.

Прибор Multilab III Celox
имеет расширенные коммуникационные возможности (Profibus, COM, TTY), сенсорный ЖК дисплей, на
котором в графическом и цифровом виде отображается процесс измерения
температуры и окисленности жидкой стали, а также релейные карты переменного и постоянного тока для формирования световых сигналов на светофоре или других целей.

В случае применения термопар
разового замера действительное значение температуры определяется по факту
выделения прибором так называемой площадки. При погружении пакета в
расплавленную сталь первоначально показания термопары растут очень быстро,
затем их рост замедляется и наконец останавливается.

Заданные пользователем
характеристики площадки позволяют прибору определить, что рост показаний
остановился и измеренное значение температуры равно действительному.

Площадка
описывается двумя параметрами: длительностью площадки (в секундах) и изменением
температуры (дельты) в пределах
границ площадки (в градусах). Например, задана площадка с параметрами 0,8 сек и
10°С.

То в момент времени когда скорость роста значения измеренной температуры
станет меньше 10°С за 0,8 секунд  прибор
завершит измерение, так как посчитает, что измеренное значение достигло
действительного значения температуры.

Уменьшение времени выделения площадки и увеличение дельты температуры приводит к снижению точности измерения, но время измерения при этом уменьшается,
что является положительным фактором.

Идти на ухудшение параметров площадки
приходиться в случае если процесс замера не стабилен, наблюдаются значительные
колебания температуры, например, из-за сырых пакетов.

Увеличение времени площадки и уменьшение дельты приводит к повышению точности замера, но существенно повышает его
продолжительность.

На стабильность получения результатов замеров влияет и то, с
помощью чего они производяться. Применяя ручные жезлы трудно обеспечить хорошие
замеры, так как при погружении надетого на жезл пакета в жидкую сталь
начинаются сильные биения.

Появление биений связано с бурно протекающими
процессами испарения влаги из пакета и сгорания верхних слоев картонной
оболочки. При большом количестве влаги пакет может даже сорвать с жезла. Лучшие
результаты обеспечивает применение автоматических манипуляторов для замера
температуры жидкой стали.

Большая масса манипулятора и жесткость его
конструкции позволяет снизить влияние биений.

Термопары для измерение температуры жидких металлов

Самой распространенной маркой автоматических манипуляторов для дуговых
сталеплавильных печей на уральских заводах является итальянская MORE. В выдвижной водоохлаждаемый зонд с одного торца
вкручивается наконечник жезла, на который и надевается одноразовый пакет.

Недостатком
стандартной конструкции манипулятора MORE Catfis является заклинивание резьбового соединения наконечник жезла — водоохлаждаемый
зонд из-за попадания шлака или жидкой стали. Так как наконечник жезла
приходиться довольно часто менять, то это доставляет массу проблем.

Данная проблема
устраняется установкой шайбы из нержавеющей стали между наконечником жезла и
торцом водоохлаждаемого зонда. Толщина диска 3…5 мм, диаметр диска чуть менее
диаметра плоской части торца зонда.

В целом, измерение температуры жидкой стали является достаточно сложным процессом как с технической так и с технологической точек зрения, предьявляющим серьезные требования к бесперебойной и качественной работе оборудования КИП. Процесс проведения замеров регламентируется технологическими и рабочими инструкциями.

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».

Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.

Термопары: устройство и принцип работы простым языком, типы

В автоматизации технологических процессов очень часто приходится снимать показатели о температурных изменениях, для их загрузки в системы управления, с целью дальнейшей обработки.

Для этого требуются высокоточные, малоинерционные датчики, способные выдерживать большие температурные нагрузки в определённом диапазоне измерений.

В качестве термоэлектрического преобразователя широко используются термопары – дифференциальные устройства, преобразующие тепловую энергию в электрическую.

Устройства также являются простым и удобным датчиком температуры для термоэлектрического термометра, предназначенного для осуществления точных измерений в пределах довольно широких температурных диапазонов.

В частности, управляющая автоматика газовых котлов и других отопительных систем срабатывает от электрического сигнала, поступающего от сенсора на базе термопары.

Конструкции датчика обеспечивают необходимую точность измерений в выбранном диапазоне температур.

Устройство и принцип действия

Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык.

Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай.

Схематически устройство изображено на рисунке 1.

Термопары для измерение температуры жидких металловРис. 1. Схема строения термопары

Красным цветом выделено зону горячего спая, синим – холодный спай.

Электроды состоят из разных металлов (металл А и металл В), которые на схеме окрашены в разные цвета. С целью защиты термоэлектродов от агрессивной горячей среды их помещают в герметичную капсулу, заполненную инертным газом или жидкостью. Иногда на электроды надевают керамические бусы, как показано на рис. 2).

Термопары для измерение температуры жидких металловРис. 2. Термопара с керамическими бусами

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. При замыкании цепи, например милливольтметром (см. рис. 3) в точках спаек возникает термо-ЭДС.

Но если контакты электродов находятся при одинаковой температуре, то эти ЭДС компенсируют друг друга и ток не возникает.

Однако, стоит нагреть место горячей спайки горелкой, то согласно эффекту Зеебека возникнет разница потенциалов, поддерживающая существование электрического тока в цепи.

Термопары для измерение температуры жидких металловРис. 3. Измерение напряжения на проводах ТП

Примечательно, что напряжение на холодных концах электродов пропорционально зависит от температуры в области горячей спайки.

Другими словами, в определённом диапазоне температур мы наблюдаем линейную термоэлектрическую характеристику, отображающую зависимость напряжения от величины разности температур между точками горячей и холодной спайки.

Строго говоря, о линейности показателей можно говорить лишь в том случае, когда температура в области холодной спайки постоянна. Это следует учитывать при выполнении градуировок термопар. Если на холодных концах электродов температура будет изменяться, то погрешность измерения может оказаться довольно значительной.

В тех случаях, когда необходимо добиться высокой точности показателей, холодные спайки измерительных преобразователей помещают даже в специальные камеры, в которых температурная среда поддерживается на одном уровне специальными электронными устройствами, использующими данные термометра сопротивления (схема показана на рис. 4). При таком подходе можно добиться точности измерений с погрешностью до ± 0,01 °С. Правда, такая высокая точность нужна лишь в немногих технологических процессах. В ряде случаев требования не  такие жёсткие и погрешность может быть на порядок ниже.

Термопары для измерение температуры жидких металловРис. 4. Решение вопроса точности показаний термопар

На погрешность влияют не только перепады температуры в среде, окружающей холодную спайку. Точность показаний зависит от типа конструкции, схемы подключения проводников, и некоторых других параметров.

Типы термопар и их характеристики

Различные сплавы, используемые для изготовления термопар, обладают разными коэффициентами термо-ЭДС. В зависимости от того, из каких металлов изготовлены термоэлектроды, различают следующие основные типы термопар:

  • ТПП13 – платинородий-платиновые (тип R);
  • ТПП10 – платинородий-платиновые (тип S);
  • ТПР – платинородий-платинродиевые (тип B);
  • ТЖК – железо-константановые (тип J);
  • ТМКн – медь-константановые (тип T);
  • ТНН – нихросил-нисиловые (тип N);
  • ТХА – хромель-алюмелевые (тип K);
  • ТХКн – хромель-константановые (тип E);
  • ТХК – хромель-копелевые (тип L);
  • ТМК – медь-копелевые (тип M);
  • ТСС – сильх-силиновые (тип I);
  • ТВР – вольфрамрениевые (типы A-1 – A-3).

Рекомендации по выбору термопары для разной среды применения

10.05.2018

Термопары для измерение температуры жидких металлов

Термопары из неблагородных металлов их характеристики и преимущества

1. Термопара типа К

Основной составляющей есть хромель и алюминий.

Термопара типа К предназначена для измерений температуры диапазоном от -200 до +1000 градусов Цельсия. Указанный термический предел является рекомендуемым и зависит от диаметра термоэлектродного элемента.

При температурах в пределе 200-500 °С возможен эффект гистерезиса (показатели температуры могут разниться до 5°С).

Читайте также:  Обезжирить металл перед покраской содой

Функционирует в нейтральной среде либо с наличием избыточного кислорода.

После того, как проходит рекомендуемый срок эксплуатации показания могут быть сниженными. Термо-ЭДС в разряженном воздухе может изменяться. Термопара выдает заниженные показатели из-за выделения выводами хрома.

Объект нагрева, в котором присутствуют серные испарения, также неблагоприятен для использования данного типа измерительного устройства.

2. Термопара типа L

Основными составляющими есть хромель и копель.

Диапазон температуры, при которой можно использовать термопару типа L от -200 °С до +800 °С (рекомендуемые пределы зависят от диаметра термоэлектродного элемента).

3. Термопара типа Е

  • Основными составляющими есть хромель и константан.
  • Измеряемый диапазон температурных значений от -40 °С до +900 °С.
  • Характеризуется высокой чувствительностью к термическим изменениям.
  • Электроды выполнены из термоэлектрических материалов однородной консистенции.

4. Термопара типа Т

  1. Состоит из меди и константана.
  2. Качественно измеряет температуры от – 250 °С до + 300 °С.
  3. Работоспособность не нарушается даже в среде с избыточной или недостаточной влажностью.

  4. Нежелательно эксплуатировать термопару типа Т при показателях более 400 °С.
  5. Не реагирует на повышение влажности.

  6. Оба вывода можно отжигать с целью удаления выделившихся веществ термоэлектрической неоднородности.

5. Термопара типа J

Основными элементами в составе выступают железо и константан. При использовании во влажной среде металлический вывод может покрываться коррозией. Отлично справляется с работой в разряженной среде.

Применять можно при температуре до – 500 °С. Использовать термопару J при более высоких температурных диапазонах нежелательно, так как выводы поддаются окислению.

  • В серосодержащем пространстве оба вывода из-за разрушений очень быстро выходят из строя.
  • По окончанию термического срока годности (старения) может показывать завышенные температурные значения.
  • Сравнительно с аналогами из дорогостоящих материалов эта термопара выделяется еще и низкой стоимостью.
  • Состав из железа и копели может использоваться для измерения температур от 0 до 760 °C.

6. Термопара типа А

В состав входят вольфраморениевые сплавы ВР разной концентрации. Данный тип пригоден для измерений в инертной среде при термической выработке от 0 до 2500 °C.

7. Термопара типа N

В составе находится нихросил и нисил. Произведено данное устройство по принципу «К» термопары. Слабой стороной данных сплавов есть быстрое загрязнение примесями при воздействии высоких температур. В период сплавки обоих электродов с кремнием можно загрязнить изделие заранее, и тем самым снизить риски загрязнений во время эксплуатации.

  1. Рекомендуется использовать для измерения температур до 1200 °С, более точные показатели зависят от диаметра проволоки.
  2. Стабилен при температурной подаче от 200 до 500°С.
  3. Обладает значительно меньшим гистерисом, чем тип К.
  4. Относится к самым точным типам термопары класс неблагородных металлов.   

Термопары для измерение температуры жидких металлов

Виды термопар изготовленных из благородных металлов, характеристики и преимущества

1. Термопара типа В

  • Выводы состоят из платинородиевого сплава разной концентрации: в одном выводе родия 6%, а в другом 3%.
  • Максимально измеряемая температура 1500 °С.
  • В кратковременной работе можно использовать при температуре до 1750 °С.
  • При температуре больше 900 °С загрязняется медными, водородными и кремниевыми выделениями.

В работе с температурами больше 1000 °С получает кремниевый налет входящий в состав отдельных видов керамики.

Желательно применять трубки из керамики качественного и чистого алюминиевого оксида.

Отлично справляется с работой в окисленной среде.

Нежелательно эксплуатировать при термических показателях менее 600 °С.

2. Термопара типа S

  1. В состав проводников входят сплавы платинородия и платины.
  2. Максимальный порядок измеряемых температур до 1350 °С.
  3. Возможна кратковременная эксплуатация до 1600 °С.

Термопары типа S нельзя армировать оболочкой из стали. Изоляция электродов должна содержать газонепроницаемую керамику.

Можно использовать в окислительной среде.

Эксплуатация при 1000 °С провоцирует загрязнения кремнием, который выделяется из керамики. Как и для типа В лучше использовать изоляцию из высокочистого алюминиевого оксида.

Нежелательно эксплуатировать при термических показателях менее 400 °С.

3. Термопара типа R

Один вывод состоит из платинородия, а другой платиновый.

Характеристики полностью аналогичны типу S, отличия лишь в процентном соотношении сплавов.

Каждый тип термопары состоит из разных материалов и разной концентрации химических элементов. Материалы, применяемые для изготовления термопар, отличаются своими особенностями и по-разному реагируют на агрессивную среду. Для эффективного измерения температурных показателей, выбирая термопару, полагайтесь на условия ее эксплуатации и температуру которую она будет измерять.

Типы термопар

Термопары для измерение температуры жидких металлов Термопары зависимо от сферы применения, величины измеряемых температур и своего состава делятся на разные типы. Это один из самых применяемых типов термопар. На протяжении долгого времени измеряет температуры до 1100 0С, в коротком – до 1300 0С. Измерение пониженных температур возможно до -200 0С. Отлично функционирует в условиях окислительной атмосферы и инертности. Возможно применение в сухом водороде, и недолго в вакууме. Чувствительность – 40 мкВ/ 0С. Это самый стойкий тип термопары способный работать в реактивных условиях. Минусами является высокая деформация электродов и нестабильная ЭДС. Хромель-алюмель или термопара типа К не применяется в среде с содержанием О2 более чем 3%. При большем содержании кислорода хром окисляется и снижается термическая ЭДС. Тип К с защитным чехлом можно использовать в переменной окислительно-восстановительной атмосфере. Для защиты термопары ХА применяется оболочка из фарфорового, асбестового, стекловолоконного, кварцевого, эмалевого материала или высокоогнеупорных окислов. Чаще всего хромель-алюмель выходит из строя из-за разрушения алюмелевого электрода. Происходит это после нагревания электрода до 650 градусов в серной среде. Предотвратить коррозию алюмели можно лишь исключив попадание серы в рабочую среду термопары. Хром портится из-за внутреннего окисления, когда в атмосфере содержится водяной пар или повышенная кислотность. Защитой является применение вентилируемой защиты. Это также часто применяемая термопара позволяющая измерять в инертной и окислительной среде. Длительное измерение до 800 0С, короткое – 1100 0С. Нижний предел -253 0С. Длительная работа до 600С. Это самая чувствительная термопара из всех измерительных устройств промышленного типа. Обладает линейной градуировкой. При температуре 600 градусов выделяется термоэлектрической стабильностью. Недостатком является повышенная предрасположенность электродов к деформациям. Положительным электродом у термопары типа L является хромель, а отрицательным – копель. Рабочая среда – окислительная или с инертно газовой составляющей. Возможно применение в вакууме при повышенной температуре короткое время. Используя хорошую газоплотную защиту ТХК можно использовать в серосодержащей и окислительной среде. В хлорной или фторсодержащей атмосфере возможна эксплуатация, но только до 200 градусов. Используется в восстановительной, окислительной, инертной и вакуумной среде. Измерение положительных сред до 1100 0С, отрицательных – до -203 0С. Именно тип J рекомендуется применять в положительной среде с переходом в условия отрицательной температуры. Только в отрицательной среде ТЖК использовать не рекомендуется. На протяжении длительного времени измеряет температуры до 750 0С, в коротком интервале 1100 0С. Минусы: высокочувствительна — 50-65 мкВ/ 0С, поддается деформациям, низкая коррозийная стойкость электрода содержащего железо. Положительным электродом у термопары типа J есть технически чистое железо, а отрицательным – медно-никелевый сплав константан. ТЖК устойчива к окислительной и восстановительной среде. Железо при температурах от 770 0С поддается магнитным и ↔- превращениям, влияющим на термоэлектрические свойства. Нахождение термопары в условиях больше 760 0С не способно далее в точности измерять показатели температуры нижеуказанных цифр. В данном случае ее показания не соответствуют градуировочной таблице. Скоки эксплуатации зависят от поперечного сечения электродов. Диаметр должен соответствовать измеряемым показателям. В условиях температур выше 500С с содержанием серы в атмосфере рекомендуется применять защитный газоплотный чехол. Отлично измеряет температуры до 1800 градусов. В промышленности используется для измерения показателей около 3000 0С. Нижний предел ограничивается – 1300 0С. Можно эксплуатировать в аргоновой, азотной, гелиевой, сухой водородной и вакуумной средах.

Термо-ЭДС при 2500 0С — 34 мВ для измерительных устройств из сплавов ВР5/20 и ВАР5 /ВР20 и 22 мВ, для термопар из сплава ВР10/20, чувствительность – 7-10 и 4-7 мкВ/ 0С.

ТВР характеризуется механической устойчивостью даже в условиях высокой температуры, справляется со знакопеременными нагрузками и резкими тепловыми сменами. Удобна в установке и практически не теряет свойств при загрязнении.

Минусы: низкая производимость термо-ЭДС; при облучениях нестабильная термо-ЭДС ; падение чувствительности при 2400 С и более.

Более точные результаты у сплавов ВАР5/ВР20 наблюдаются при длительном измерении, что не так характерно для сплавов ВР5/20. В ТВР электроды изготавливаются из сплавов ВР5 – положительный и ВР20 – отрицательный; ВАР5 – положительный и ВР20 – отрицательный или ВР10 – положительный и ВР20 – отрицательный электрод. Незначительное наличие О2 способно вывести термопару вольфрам-рений из строя. В окислительной среде используются лишь в быстротекущем процессе. В условиях сильного окисления моментально выходит из строя. Иногда эта термопара может использоваться в работе высокотемпературной печи совместно с графитовым нагревательным элементом. В качестве электродных изоляторов применяют керамику. Оксид бериллия можно применять, как изолятор в том случае, когда воздействующая на него температура не превышает температур плавления. При измерении значений меньше 1600 0С электроды защищают чистым оксидом алюминия или магния. Керамический изолятор должен быть прокален для возможности очистки разных примесей. В условиях повышенного окисления используются чехлы из металла и сплавов Mo- Re, W-Re с покрытиями. Измерительный прибор с защитой из иридия можно кратковременно использовать на воздухе. Эксплуатируется в инертной, водородной и вакуумной сфере. Температуры измерений – 1400 0С -1800 0С, пределы рабочих показателей — 2400 0С. Чувствительность — 6,5 мкВ/ 0С. Обладает высокой механической прочностью. Не нуждается в химической чистоте.

Читайте также:  Паста для травления нержавеющей стали после сварки

Минусы: низкая термо-ЭДС; инверсия полярности, повышение хрупкости при повышенных температурах.

Рекомендуется применять в водородной, инертногазовой и вакуумной среде. Окисление на воздухе происходит при 400 градусах. При повышении термической подачи окисление ускоряется. ТВМ не вступает в реакцию с Н и инертным газом до температур плавления. Данный тип термопары лучше не использовать без изоляторов, так как она при повышении температуры может вступать в реакцию с окислами. При наличии керамического изолятора возможно кратковременное применение в окислительной среде. Для измерения термической составляющей жидкого металла изолируется обычно глиноземистой керамикой с применением кварцевого наконечника. Самые распространенные типы термопары для температур до 1600 0С. К данным устройствам относятся платина со сплавом платины и родия 10%-ти или 13%-ным составом. Применяются в инертной и окислительной среде. Длительное использование при 1400С, кратковременное — 1600С. Обладают линейной термоэлектрической особенностью в диапазоне 600-1600 0С. Показатель чувствительности — 10-12 мкВ/ 0С (10% Rh) и 11-14 мкВ/С (13% Rh). Производят высокоточное измерение, обладают высокой воспроизводимостью и стабильностью термо-ЭДС.

Минусы: нестабильность в облучаемой среде, повышенная чувствительность к загрязнениям.

ТПП с хорошим изолятором может применяться в восстановительной среде, и в условиях содержащих мышьяковые пары, серу, свинец, цинк и фосфор.

Практически не используются для измерения отрицательных температур по причине снижения чувствительности. Но, в отдельной сборке возможно измерение значений до -50 градусов. Для значений 300-600 0С применяются в качестве сравнительных показателей. Краткое применение – до 1600 0С, длительное – 1400 0С. С наличие защиты можно длительно эксплуатировать при 1500 0С.

Изоляторами в условиях температуры до 1200 0С применяются кварцевые и фарфоровые материалы или муллит и силлиманит. Образцовые термопары изолируют плавленым кварцем.

При использовании с вырабатываемой температурой в 1400 0С в качестве изолятора лучше применять керамику с окислю Al2O3. При слабоокислительной и восстановительной среде около 1200 0С.

В слабоокислительных и восстановительных условиях с температурой выше 1200 и независимо от условий с температурами выше 1400 0С необходимо в качестве изолятора использовать керамический высокочистый оксид алюминия. В восстановительной среде возможно применение оксида магния. Обычно внутренний чехол для термопары состоит из того же материала из которого выполнен изолятор. Данные материалы должны быть газоплотными. В условиях разового измерения температур жидкой стали, чтобы защитить рабочий спай измерителя используются кварцевые наконечники. Вся рабочая длина электродов должна быть заизолирована трубкой из керамики двухканального типа. Места стыка трубки и чехла, электрода и трубки должны иметь зазоры для вентиляции. Электроды должны тщательно очищаться от смазки перед установкой в изолятор. В свою очередь металлический чехол тоже должен быть сухим и чистым. Перед установкой на объект все компоненты термопары должны пройти отжиг. Термоэлектроды не должны выполнять опорную функцию для изолятора. Особенно это важно для вертикальных термопар. Используется в окислительных и нейтральных условиях. Возможна эксплуатация в вакуумной среде. Максимальная температура измерений длительного потока 1600 0С, кратковременная — 1800С. Чувствительность — 10,5-11,5 мкВ/ 0С. Выделяется хорошей стабильностью термического ЭДС. Возможно применение без удлинительных проводов из-за низкой чувствительности в температурном диапазоне от 0 до 100 0С. Изготавливается из сплава платины и родия ПР30 и ПР6. В атмосфере восстановительного типа и паров металлического и неметаллического состава необходима надежная защита. В качестве изолятора используется керамическое сырье из чистого Al2O3. Характеристики эксплуатации и прочностные данные соответствуют термопарам типов R, S. Но, выходят они из строя намного реже по причине низкой подверженности химзагрязнениям и росту зерен.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Р�змерение температуры жидкого металла термопарами производится путем погружения термопары РІ металл: ванны печи, РЅР° желобе, РІ ложке, РІ ковше, РІ струе. Р’ качестве вторичных РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ, как правило, применяются автоматические потенциометры.  [1]

Для измерения температуры жидких металлов РїСЂРё помощи световода, погруженного непосредственно РІ расплав Рё выводящего его тепловое излучение РІ безопасную СЌРґРЅСѓ, применяют иммерсионные пирометры.  [2]

При измерении температуры жидкого металла термопарами кратковременного погружения большое значение имеет защита рабочего конца.

Применение термопар с открытым концом ( голым спаем) не дает положительных результатов из-за растворимости большинства электродов в жидких металлах ( платина, вольфрам, молибден и др.

), поэтому необходим специальный наконечник, защищающий рабочий конец термопары от соприкосновения с металлом и шлаком.

РџСЂРё выборе материала для наконечников необходимо учитывать возможную реакцию между материалом наконечника Рё термопарой РїСЂРё высокой температуре РІ окислительной или восстановительной средах.  [3]

Предназначены для измерения температуры жидкого металла.  [4]

Вольфрам-молибденовые термопары используют для измерения температуры жидких металлов ( РґРѕ 1850 РЎ) — путем кратковременных погружений. Р’ таких термопарах вольфрамовый термоэлектрод является положительным, Р° молибденовый — отрицательным.  [5]

Применение термопар платиновой группы для измерения температуры жидких металлов обходится государству чрезвычайно дорого.

Подсчитано, что РІ случае обеспечения термопарами РџР  30 / 6 всех металлургических заводов безвозвратные потери платины Рё СЂРѕРґРёСЏ составили Р±С‹ примерно 50 РєРі РІ РіРѕРґ, РЅРµ считая примерно 300 РєРі этого материала, который был Р±С‹ РёР·СЉСЏС‚ РёР· обращения, поскольку РѕРЅРё находились Р±С‹ РІ термопарах.  [6]

Применение цветовых пирометров создает более благоприятные условия для измерения температуры жидких металлов.

Однако использование автоматических цветовых пирометров для измерения температур жидких металлов ограничено главным образом РёР·-Р·Р° сложности Рё РґРѕСЂРѕРіРѕРІРёР·РЅС‹ этих РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ, Р° также РёР·-Р·Р° трудности доступа Рє поверхности жидкого металла РІ плавильном агрегате.  [7]

Пирометры полного излучения ( радиационные пирометры) для измерения температуры жидких металлов применяются редко главным образом РёР·-Р·Р° неопределенности суммарного коэффициента черноты.  [8]

Термопару платинородий-платиновую ( РџРџ-1) широко применяют для измерения температуры жидких металлов, хотя неоднократные испытания показали, что эта термопара РІ рассматриваемых условиях является наименее стабильной. РџСЂРё периодических погружениях термопары РІ жидкий металл быстро ухудшается Рё без того ее малая механическая прочность.  [9]

РџРѕ сравнению СЃ платинородий-платиновой молибден-вольфрамовая термопара РЅРµ имеет такого широкого применения РїСЂРё измерении температуры жидкого металла, хотя ее использование для этой цели вообще может дать удовлетворительные результаты. Особенный интерес молибден вольфрамовая термопара представляет РІ СЃРІСЏР·Рё СЃ тем, что РѕРЅР° может применяться РґРѕ — значительно более высоких температур чем платииородий-платнновая.  [10]

Ниже описываются некоторые устройства для загрузки шихты, применимые РІ печах полунепрерывного действия, Р° также конструкции дозаторов, устройств для взятия РїСЂРѕР± Рё измерения температуры жидкого металла термопарой погружения.  [11]

Применение цветовых пирометров создает более благоприятные условия для измерения температуры жидких металлов.

Однако использование автоматических цветовых пирометров для измерения температур жидких металлов ограничено главным образом РёР·-Р·Р° сложности Рё РґРѕСЂРѕРіРѕРІРёР·РЅС‹ этих РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ, Р° также РёР·-Р·Р° трудности доступа Рє поверхности жидкого металла РІ плавильном агрегате.  [12]

Стремление создать высокотемпературные термоэлектрические термометры из более дешевых и менее дефицитных тугоплавких металлов экономически целесообразно.

РљСЂРѕРјРµ того, создание — высокотемпературных термоэлектрических термометров РїСЂРё современных требованиях промышленности является Рё необходимостью, так как контактный метод измерения температуры жидких металлов обеспечивает более высокую точность измерения, чем методы измерения температуры тел РїРѕ РёС… излучению ( РіР». Термоэлектрические термометры СЃ электродами РёР· вольфрам-рениевого сплава находят широкое применение для длительного Рё кратковременного измерения температуры РґРѕ 2000 — 2500 РЎ РІ нейтральной или восстановительной газовой среде.  [14]

Таким образом осуществляется сравнительно стойкий термоприемник, который может находиться РІ среде жидкого металла более или менее длительное время Рё воспринимать непрерывные изменения его температуры. Пла-тинородий-платиновая термопара успешно применяется РІ оболочке РёР· кварцевого стекла, однако только РїСЂРё кратковременном погружении. Р’ данном случае возможно лишь практически мгновенное Рё периодически повторяющееся измерение. Таким образом осуществляется СЃРїРѕСЃРѕР± малоинерционной термопары ( или СЃРїРѕСЃРѕР± быстрого погружения), имеющий РІ настоящее время наиболее важное значение РїРѕ сравнению СЃ РґСЂСѓРіРёРјРё существующими способами измерения температуры жидкого металла. РџСЂРё использовании РІ контактных способах пирометров излучения последние сопрягаются СЃ погружаемой РІ металл закрытой СЃ РѕРґРЅРѕР№ стороны огнеупорной ( калильной) трубкой. Если трубка достаточно хорошо РІРѕСЃРїСЂРѕРёР·РІРѕРґРёС‚ условия полного излучателя, то пирометр показывает истинную температуру металла. Калильные трубки делают РёР· графита или карборунда. Другими огнеупорными материалами пользуются редко РёР·-Р·Р° РёС… недостаточной стойкости РІ среде жидкого металла.  [15]

Страницы:      1

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector