Высокотемпературная термопара и способ ее изготовления

Сефз СоеетскикСоцкаектически вРеапубпнк ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(И ) М. Кл.э С 01 К 7/02 с присоединением заявки М 9 -Государственный комнтет СССР но делам нзобретеннй н открытнй( Дата опубликования описания 280283(54) ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТЕРИОПАРА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2 Изобретенйе относится к измерениям высоких температур в восстановительных и окислительных средах в ди.апазоне температур до 2200-2300 цС и может быть использовано в металлургии и химической технологии.Известна термопара для измерения .высоких температур, содержащая сое,диненные в спай термоэлектроды из тугоплавких соединений н графнтаЦ.Известная термопара недостаточно , надежна прй длительной эксплуатации, которая приводит к изменению ее электрических. свойств.Известна термопара, содержащая один термбэлектрод иэ хромеля, а другой - из алюмеля2,Указанная термопара устойчиво работает в окислительной и нейтраль. ной среде при температуре на вьвае 900 , но в восстановительной среде уже при температуре 1000 меняет первоначальную градуировку в сторону завышения термо-ЭДС.Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является высокотемпературная термопара, содержащая соединенные в спай термоэлек-. троды иэ разнородными металлов, электроизоляцию иэ окисла н защитную оболочку, уплотненные в единую конструкцию ( 4.Известен способ изготовления 5слоистой металлокерамической конструкции, включающий изготовление поверхностного слоя из водной пасты окислов со связующим из 510 формование нескольких окиснометаллических слоев, расположенных на поверхностном слое, формование последнего металлического хромосодержащего слоя, прессование и обжиг собранных слоев3).1 Недостатками укаэанного способаявляются невозможность получениятонких слоев (50-100 мкм и менее ),ограниченная их плотность и сложность 2 О технологического процесса.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ изготовления высокотемпературной термопары, включающий сборкуэлектродов, изоляции и защитной оболочки и уплотнение кх в единую кон-.струкцию 4.Цель изобретения - повышение надежности. термопары путем обеспечения стойкости в восстановительныхи окислительных средах.30 Высокотемпературная термопара (фиг. 2 ) содержит термоэлектроды 1 60 и 2 в виде слоев ниобия (МЬ ) и молибдена (Мо ), между которыми расположены слои изоляции 3 из окиси иттрия (У 2 О ), снаружи электроды защищены многослойной оболочкой из 65 указанная цель достигается тем,что в устройстве термоэлектроды выполнены в виде слоев тугоплавкихметаллов, между которыми расположеныслои электроизоляции, с толщинойкаждого слоя, равной 2-5 толщинамслоя термозлектрода, а защитная оболочка выполнена в виде слоев окисла,толщина каждого из которых равна2-10 толщинам слоя термоэлектрода.В защитную оболочку термопарывведены слои тугоплавкого металла,расположенные между слоями оболочкии имеющие каждый толщину, равную0,2-1,Ю;толщины слоя защитной оболочки 15Один из выводов термопары соединен с металлическим слоем защитнойоболочки.5.казанная цель достигается тем,что в способе изготовления высокотемпературной термопары сначала собирают пакет из металлических и окисных пленок, изготовленных из высоко- дисперсных порошков:металла и окисла с одинаковым содержанием одного и того же связующего, при этом окисные пленки изоляции размещают между металлическими пленками, являющимися электродами термопары, и снаружи их, соединяют концы двух разнородных металлических пленок для образования рабочего спая, уплотняют пакет и термообрабатывают его до спекания и удаления связующего..В качестве связующего используют бензино-ацетоновый раствор каучука. ,З 5На фиг. 1-3 приведены конструкции высокотемпературной термопары.Высокотемпературная термопара (фиг. 1 ) содержит термоэлектроды 1 и 2 в виде слоев ниобия (МЬ ) и мо либдена (Мо ) соответственно, между которыми расположены несколько слоев изоляции 3 из окиси гафния (НГО ), может быть и один слой. Снаружи термоэлектроды 1 и 2 защищены много слойной оболочкой 4 также из слоевТермоэлектроды могут быть выполнены шириной от 2 до 10 мм и толщиной от 10 до 300 мкм, слои межэлектродной изоляци 6 - толщиной от 10 до 500 мкм, а защитная оболочка может содержать от 1 до 20 слоев окисла толщиной от 50 до 200 мкм ка: - дый.55Конкретная конструкция имеет тол.щину электрбдов после спекания 100 мкм. чередующихся слоев УОЗ и Мо 4 и 5 соответственно. Электроды 1 и 2 соединены в спай 6.Конкретная конструкция имеет толщину электродов после спекания 40 мкм и ширину 10 мм, слои межэлектродной изоляции из УО и внешней оболочки из У О имеют толщину 40 мкм.Высокотемпературнаятермопара (фиг. 3) содержит электрод 1 в виде слоя вольфрама (У ) и многослойную оболочку иэ чередующихся слоев 4 и 5, выполненных из УО и Мо. Рабочий спай 6 термопары образован соединением вольфрамового слоя 1 и внутреннего молибденового слоя 2.Способ изготовления высокотемпературной термопары заключается в том, что окисные пленки размещают между металлическими пленками, являющимися электродами термопары, и снаружи, соединяют концы двух разнородных металлических пленок для образования рабого спая, уплотняют собранный из пленок пакет и термообрабатывают его.П р и м е р. Для изготовления тер. мопары отливают пленки из МЬ, Ио и У Оз толщиной по 140 мкм. Для литья пленок готовят суспензии тонкодисперсных порошков МЬ, Ио и У Оз с каучуковым связующим (5-ым раствором каучука СКНв смеси бензина и ацетона ). Иэ пленок МЬ и Мо вырезают полоски шириной около 10 мм, между которыми помещают по две полоски такой же ширины, вырезанные иэ пленки У 0, Полоски собирают в пакеты и прокатывают их в валках до толщины, равной 160 мкм. При:этом пленочные слои утоньшают до 40-45 мкм. Отдельно готовят пакет из пяти полосок пленки У, О, переложенных четырьмяполосками из пленки Мо, Пакет прокатывают с уменьшением толщины каждого слоя также до 40-45 мкм, иэ пакета вырезают полоску шириной 35 мм, которой оборачивают пакет термоэлектродов с межэлектродной изоляцией. Всю сборку затем прессуют в горизонтальной пресс-форме под давлением 4 т. и отдельно подпрессовуют термопару со стороны рабочего спая. После удаления связующего термопару спекают в вакуумной электропечи при 2000 С с выдержкой 1 ч. Для предотвращения коробления термопару при обжиге помещают в молибденовую трубку. Испытания четырех опытных образцов предлагаемой высокотемпературнойтермопары проводят на воздухе путем косвенного нагрева через промежуточный нагреватель (из силицированного графита ), при кратковременных выдержках (1-5 мин. ) до 2000 С. При испытаниях показания термоцары контролируют эталонным оптическим пирометром ЗП, сфокусированным непосредственно на горячий спай термопары.После испытаний на воздухе в течение 3,5 ч показания термопар не изменяются.Существенной особенностью предлагаемого способа изготовления высо" котемпературной термопары является использование металлических и окисных пленок, содержащих одинаковое количество .одного и того же связующего, а наполнители которых подобраны так, что обеспечивается синхрон-. ная усадка окисных и металлических слоев при обжиге, Плотно-прочное соединение слоев, их уплотнение и уменьшение толщины до 10-100 мкм достигается посредством прессования или прокатки многослойных пакетовв вальцах;Другой важной особенностью способа является применение в качестве связующего бенэино-ацетонового раствора каучука, обладающего рядом преимуществ по сравнению с водными пастами, латексами, фенольными смолами и другими связующими, применяемыми в известных способах изготовления многослойных композитов. Усадка пленок на каучуковом связующем не превышает 6-9, т.е. вдвое меньше, чем в случае использования в качестве связующего поливинилбутираля (до 16-18 ).Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить длительную стойкость термопары в восстановительных и окислительных средах при 2200"2300 С благодаря применению многослойной металлокерамической оболочки из слоев тугоплавких мегаллов и окислов с высокой термостойкостью, эрозионной и корозионной стойкостью, повышение надежности и срока службы благодаря высокой термостойкости, ударной вязкости и прочности многослойной композиции; упрощение технологии изготовления термопары,. благодаря формованию ее из пластифицированных металлических и окисных пленок и совместному их.спеканию. Формула изобретения Высокотемпературные термопарЫ.М.,60 "Металлургйяф, 1977, с. 191-193 (про тотни ). 1. Высокотемпературная термопара, содержащая соединенные в спай термоэлектроды из разнородных металлов, электроизоляцию из окисла и защитную оболочку, уплотненные в единую конструкцию, о т л и ч а ю щ а я - с я тем, что, с целью повышения надежности термопары путем обеспече 5 15 Ю 25 30 35 40 45 Источники информации принятые во внимание при экспертизе1. Самсонов Г.В. Термопары с термоэлектродами из тугоплавких соединений для контактного измерения высоких температур. М., 1962, с. 7-8.2Данишевский,С,К., Сведе-Швец Н.ИВысокотемпературные термопары. М1000784 2 Составитель Г. Мухинтор М, Янович Техред Т.Маточка Корректор В. Б ака писное г илиад ППП "Пат Проектная Ужгород,361/40 ВНИИПИпо 3035,Тираж 87 Государственног елам изобретени осква, Ж, Ра комитета СС и открытийская наб.,