Способ изготовления термоэлектрического термометра

(19) (И) СПУБЛИН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСНОМУ СВ УДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП(РЬПИЙ(72) И.И. Смыслов, Л.Е. Никольский, Л,М. Затуловский и Д.Я. Кравецкий (71 ) Московский ордена ТрудовОго Красного Знамени вечерний,металлургический институт(56) 1. Самсонов Г.В. Высокотемпературные неметаллические термопары и наконечники. Киев. "Наукова думка", 1965, с, 172.2. Д.Я. Кравецкий и др. Получение способом Степанова профилированных кристаллов корунда и граната и некоторые области их применения, "Иэв, АН СССР, сер. Физическая", т.42 р М. 1980 (прототип )(54 )(57) 1, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОМЕТРА, состоящий в выполнении защитного чехла в виде трубки, закрытой с рабочего.тор ца перегородкой, выращенной вместе" со стенками трубки из монокристалли-, :ческого тугоплавкого химически инертного диэлекТрика и помещении высокотемпературной термопары в защитный чехол, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости изготавливаемых термометров в агрессивных средах с противоположного торца трубки выращивают дополнительную пере. городку из. того же материала, рабочи спай термопары закрепляют в рабочей торцовой перегородке, соедиляют рабочую торцовую перегородку с дополнительной перегородкой перемычкой иэ того же монокристаллического материала, выводят термоэлектроды из трубки через дополнительную перего- )9 родку, причем поперечное сечение трубки ориентируют в кристаллографической плоскости,иэотропной по температурному коэффициенту линейного расширения, превыаающему температурные коэффициенты линейного расширения термоэлектродов,1055975 20 2. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что трубку выращивают из лейкосапфира в кристаллографичес-,Изобретение относится к термометрии, а именно к измерению температуры в агрессивной среде, например,расплавленной стали,Известен способ изготовления термоэлектрического термометра путем помещения высокотемпературной термопары в защитный чехол, выполненный ввиде герметичной трубки, в которойсоздан вакуум 1 , 10Однако термометр, изготовленныйданным способом, обладает ограниченным сроком службы, так как защитныйчехол, выполненный из керамики, подвоздействием температуры и агрессивной среды подвержен быстрому разрушению, чему способствует структураматериала чехла, в котором местныенапряжения вызывают образование трещинНаиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способизготовления термоэлектрическоготермометра, состоящий в выполнениизащитного чехла в виде трубки,закрытой с рабочего торца перегородкой,изготовленной вместе со стенками трубки из монокристаллического тугоплавкого химически инертного диэлектрика и помещении високотемперату.ной 30термопары в защитный чехол, причемтермоэлектроды выполнены из иридияи родия 2 .Защитный слой из такого материаластоек к воздействию высокой темпера 3 лтуры, агрессивной среды и термоциклов, а ирндий-родиевая термопараимеет хорошие метрологические харак"теристики и Физико-химическую совместимость с материалом чехла.Однако известный термометр имеетограниченный срок службы при работев агрессивной среде, так как чехолне герметичный, т,е, открыт со стороны холодного торца, что вызываетдрейф метрологических характеристиктермопары вследствие изменения химического состава термоэлектродов.Целью изобретения является повышение стойкости изготавливаемых термопаров в агрессивных средах. 59Цель достигается тем, что согласно способу изготовления термоэлектрического термометра, состоящем ввыполнении защитного чехла в видетрубки, закрытой с рабочего торца 55 ком направлении (0001), а термоэлектроды выполняют из вольфрамового и мо-,либденового проводов. 2перегородкой, выращенной вместе со стенками трубки из монокристаллического тугоплавкого химически инертно-, го диэлектрика и помещении высокотемпературной термопары в защитный чехол, с противоположного торца трубки выращивают дополнительную перегородку иэ того же материала, рабочий спай термопары закрепляют врабочей торцовой перегородке, соединяют рабочую торцовую перегородку сдополнительной перегородкой перемычкой из того же монокристаллическогоматериала, выводят термоэлектродыиз трубки через дополнительную перегородку, причем пдперечное сечениетрубки ориентируют в кристаллографической плоскости, изотропнай потемпературному коэффициенту линейного расширения, превышающему температурные коэффициенты линейногорасширения термоэлектродов.Трубку выращивают из лейкосапфира в кристаллическом направлении(0001), а термоэлектроды выполняютиз вольфрамового и молибденовогопроводов.На Фиг. 1 представлен термоэлектрический термометр; на фиг. 2сечемие А-А на Фиг.1,Предложенный термометр содержитспай 1 термонары, термоэлектрод 2,рабочий торец 3 трубки, трубку 4 измонокристаллического лейкосапфира,продольную перемычку 5, полостибвнутри трубки, торцовую перегородку7 со стороны холодного спая, корпус8, гайку 9, хвостовик 10,Монокристаллический лейкосапфирплохо поддается механической обработке, поэтому трубка 4 выращивается по способу Степанова, причемодновременно в трубку 4 вращиваюттермоэлектроды 2, выходящие из неесквозь торцовую перегородку 7,Затем концы термоэлектродов 2со стороны рабочего торца 3 отгибают 4 я навстречу друг к другу, соеди-,няются, например, сваркой, образуяспай 1, плотно прижимаются к рабочему торцу 3 и на последнем выращивается известным образом монокристал-. лический слой лейкосапфира, полностью закрывающий спай 1 вместе стермоэлектродами 2, причем кристаллическая решетка этого нарощенного слоя является продолжениемкристаллической решетки монокристалла трубки 4, т.е. вся трубка остается единым монокри"таллом. Температура кристаллизации сапфира 2030 С, следовательно, провода изовольфрама и молибдена вращиваются в сапфир при этой температуре, по-этому при охлаждении сапфир, температурный коэффициент линейного расширения которого 5.,4 10 к ",т.е. больше, чем у вольфрама (410-ьк ") 0 и молибдена (510-к-), будет сжимать эти провода (поперечное сечение трубки), создавая напряженную посадку, В эксплуатации наибольшая допустимая температура меньше . 15о2030 С, поэтому такая посадка сохраняется в любом случае. Важно отметить, что круглое отверстие в ф сапфире при изменении температуры остается круглью, изменяя только 2 Освоей диаметр, причем и модуль упругости сапфира в этой плоскости тоже изотропен,.поэтому и реакция со стороны круглых металлических проводов не приведет к искажению фор мы отверстия. В то же время пределы упругости всех сопряженных материалов приблизительно равны, поэтому в металлах иет пластических деформаций при охлаждении, следова-. тельно, при последующем нагреве положение полностью восстанавливается.Все это обеспечивает длительное . сохранение герметичности сопряже, ния .сапфира с терекелектродами. Во время выращивания трубки в ней оста.ется аргон под давлением 0,1 атм (при комнатиой тевеературе), в котором вольфрам-молибденовая термопара может работать длительное время.Дав О ление газа должно быть согласовано с прочноотью стевок трубки. При необходимости оиможет быть удален после изготовления, а трубка опять герметизирована. 45Увеличение срока службы термометра обеспечивается не только предотвращением химического воздействия на термопару, ио и способностью трубки выдерживать механические и прочие (воздействия внешней среды (давление, ;изгибающие силы и т.д, ) В этом отношении сапфир обКацает уникальным сочетанием выдающихся, обычно не совместимых в одном материале .": свойств: модуль и предел упругости,приблизительно в 2 раза выше, чему стали, что обеспечивает большуюпрочность трубки. Твердость сапфира по шкале Мооса равна 9, поэтомув эксплуатации трубка не встречается с частицами, которые могут делать на ней риски, т.е. истиратьее. Термодатчик не должен служитьканалом теплоотвода и сапФироваятрубка удовлетворяет этому требованию: большая прочность сапфирадает воэможность делать тонкиестенки при большом поперечном сечении полостей, которые имеют малуютеплопрозодность, да и теплопроводность сапфира сравнительно мала.(в2 раза меньше, чем у стали), поэтому при соотношении площадей поперечного сечения стенки трубки 4 к полостям б, равном 1:15, тепловое сопротивление трубки будет примерно равносопротивлению кирпича.Продольная перемычка 5 увеличиваетпрочность и, следовательно, срокслужбы монокристаллической трубки 4,длина которой может достигать нескольких метров. Кроме того, перемычкапредохраняет термоэлектроды от замыкания. Трубка 4 кренится в корпусе8 гайкой 9, навинчиваемой на разрезной хвостовик 10,Увеличение срока службы предложенного термометра позволяет проводить непрерывное измерение температуры в любой точке расплавленной стали, а также других материалов, дотемпературы 1700 С. Это позволяетисследовать температурные поля и ихизменения внутри расплавленных металлов, которые сейчас неизвестны,В настоящее время можно интенсиФицировать процесс плавки, сократитьего, что приводит к экономии либоэлектроэнергий, либо топлива, а также уменьшению потерь стали и дорогостоящих легируюцих материалов,выгорающнх во время нлавки, особеннопри перегреве. Знание температурных полей позволяет улучшить конструкцию футеровки печей и увеличить кампанию печей, что также приводит к экономии средств, Зйание температуры расплава позволяет соблюдать наилучший температурный режим плавки, что повышает качество металла при снижении расхода легирующих материалов.1055975Составител Техред С.Ии Терекова Редактор сс ректор Ю арен Заказ 9288/ исноР илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Гпо дела113035, Мо Тираж 873 Подпсударственного комитета ССС изобретений и открытий ва, Ж, Рауыская наб., д