Способ стабилизации термо-эдс термопар

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 )М, Кл. С 01 К 7/02 Веуаарстаскай комитет СССР в авам язебретенкй и открытий(54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕРМО-ЭДС ТЕРМОПАР 1Изобретение 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, масели устранения изгибов, которые образуются при вальцовке 11, Отжигают термоэлектроды в вакууме и водороде, протягивая их при 1400 С, или травят их восмеси азотной и плавиковой кислот 2 и Я.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 случаевприводит к дополнительным погрешностям из-за факторов, описанных ниже.Известные способы термообработки 5обеспечивают стабилизацию термо-ЭДСтолько в начальный период работы термопары.Многочисленные экспериментальныеданные по изучению факторов дестабилизации термо-ЭДС термопар показывают, что процесс ее изменения происходит непрерывно.Кинетику изменений показаний термопар в метрологической практике ифизическом толковании принято объяснять в основном эа счет химическихизменений в термоэлектродах. Однако,экспериментальные данные не под 2 о тверждают однозначной связи междуизменением химического состава термоэлектродов в процессе измеренияи изменением термо-ЭДС. Ее изменение,зависит также от конструктивного ис9962 4 3 93полнения, условий применения и агрессивных сред,Известно, что все процессы внутренних изменений - распад твердыхрастворов, коагуляция примесей внедрения, образование новых фаз, межграничная диффузия - сопровождаютсятермоструктурными напряжениями.Экспериментально установлено, чтодля всех материалов изменения Ь Етермо-ЭДС возрастают с увеличениемвеличины напряжений и температуры,Если 6 не выходит за границы пределаупругости, 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 наведеннойтермо-ЭДС.Обнаруженные изменения термо-ЭДСпри появлении напряжений в термоэлектродах можно обьяснить в рамкахобщей теории термоэлектрических яв,1лений. Обычно принимается, что состояние материала термоэлектродов неменяется от точки к точке, цто соответствует постоянству удельнойэнергии Гиббса материала или, что тоже самое, его химического потенциала,В этом случае термодинамических сил,обуславливающих термоэлектрическиеэффекты, только две: градиент температуры и градиент электрическогопотенциала. Если материал термоэлектродов локально напряжен, то вследствие наличия дефектов кристаллической структуры распределение напряжений б будет неоднородным. Кроме того, энергия Гиббса на единицу объема термоэлектродов увеличится навеличину(1/ф ,О- модуль упругости),и, соответственно, возникдет ещеодна термодинамическая сила,определяемая изменением энергии Гиббсаматериала и равна(Э/,О (рад/О Таким образом, в, напряженных термоэлектродах плотности потока теплаи 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 ма 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 териале термоэлектродов механическихлокальных напряжений 5 6, 71 и 18.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является способ термообработки термоэлектродов термопар,заключающийся в отжиге электронагревом в газовой среде 91,Гпособ позволяет устранить механические напряжения и обеспечиваетнекоторую стабилизацию термо-ЭДСтолько в нацальный период работы термопары. Однако в связи с тем, чтопроцесс ее изменения происходит непрерывно, то уже после начальногопериода эксплуатации в показанияхтермопары присутствует значительнаяпогрешность, исключить которую практически невозможно.Цель изобретения - повышение точности измерения температуры путемстабилизации термо-ЭДС в процессеэксплуатации термопар,Указанная цель достигается тем,что термоэлектроды дополнительно подвергают отжигу в среде аргона под избыточным давлением 0,1-0,3 ати притемпературе равной 1/3- 1/2 температуры плавления термоэлектродов, дообразования в структуре металла микрополостей,Предлагаемый способ был апробирован на ряде термопар. Например, вольфрамрекиевые термоэлектроды подвергались дополнительному отжигу в среде аргона под избыточным давлением0,1-0,3 ати при температуре от 1000до 18000 О С.В процессе отжига в течение 2-6 чатомы аргона, диффуидируя внутрьтермоэлектродов, коагулируют и образуют в структуре материала термоэлектродов микрополости, на которыезатем релаксируют внутренние локальные напряжения, стабилизируя темсамым, термо-ЭДС.Применение других инертных газовне дает приемлемого результата, таккак например, атОмы гелия в материале термоэлектродов не коагулируют,а выстраиваются в цепочки по границам зерен, создавая дополнительныеисточники напряжения,Обработанные по предлагаемому способу термопары обеспечили повышениеточности измерения температуры в двараза, количество измерений в десятьраэ. Предполагаемый экономическийэффект от внедрения способа только5на одном предприятии составит3 млн. руб. 9399 Формула изобретения Составитель Н. Горшкова Редактор Е. Лушникова Техред Т.фанта Корректор У. ПономаренкоТираж 887 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 4654/61 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Способ стабилизации,термо-ЭДС термопар, включающий термообработкутермоэлектродов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыше Ония точности измерения температуры,термоэлектроды дополнительно подвергают отжигу в среде аргона под избыточным давлением 0,1-0,3 ати притемпературе, равной 1/3-1/2 температуры плавления термоэлектродов,до образования в структуре металламикрополостей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 2 В1. Кривцов В.А., Харитонов Н.П.Микротермопары для точных измсренийтемпературы. Ленингцадский дом научно-технической пропаганды. Л.,1966, с.21. И2. Стаднык Б,И., Яцишин С.П.,Лах В.И. Стабилизация эксплуатацион 62 бных характеристик высокотемпературных термоэлектрических термометров.ЦНИИТЭИприборостроения. М., 1977,с. 11"12.3. Линевег ф. Измерение температуры. Справочник. М., "Металлургия",1980, с. 66,Приборы и методы физическогометалловедения, М., "Мир", 1973,с. 32-33.5. Гордов А.Н. Основы пирометрии.М., "Металлургия", 1971, с. 4476. Лах В.И., Кюздени О.А., Самсонов Г.В, и др. Датчики измерениятемпературы в промышленности. Киев,"Наукова думка", 1972, с. 223.7. 7 п ТеарегаСцге. 11 з Меазцгещепй апд сопйго 1 1 п Бс 1 епсе апд1 пдцзйгу (йепЬо 1 с 1 йцЬ 1 с Согрогас 1 оп) й. 3 . 1973, чо 7 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),