Термопары в векторной энергетике
Термоэлектрические термопары без защитной арматуры. Металлические термоэлектроды обычно изготавливают из проволоки, реже из не очень тонкой фольги для волос. Диаметр проволоки может быть в пределах от 0,1 до 5 мм. Простейшую термопару можно получить из двух термопроводов, если спаять их концы мягким или твердым припоем или же, что обычно и делается, сварить их в атмосфере защитного газа. Такие открытые незащищенные термопары можно использовать лишь в благоприятных условиях окружающей среды, например для погружения, в неагрессивные жидкости, в тестообразные или пластические массы, либо для установки в трубах и резервуарах. Так называемый термощуп не имеет места соединения термоэлектродов, соединение формируется только через электропроводную поверхность (листа, слитка, стержня), температура, которой должна измеряться. Местом спая является само тело. Контактные наконечники, которые при наличии слоя окалины или оксидов должны протыкать его, выполняются сменными. У термометра с дужкой пружинящая полоса прижимается к выпуклой поверхности тела, температура которого измеряется. Место спая, выполненного стыковой сваркой, и значительная часть термоэлектрического материала плотно прилегают к поверхности тела. Погрешность измерения, вызванная отводом тепла, при этом получается незначительной.
Термоэлектрические термопары с защитной арматурой. Если по каким-либо причинам измеряемая среда может повредить термоэлектроды, то их помещают в защитные металлические или керамические трубы (чехлы). Термоэлектроды изолируют один от другого с помощью керамических трубочек (бусинок) и вставляют в трубу, открытую с одной стороны. Наружная металлическая труба обеспечивает защиту от механических нагрузок. Внутренние защитные трубы из керамики или фарфора предотвращают диффузию газов из окружающей среды, особенно сильно развивающуюся при повышенных температурах и способную изменить термоэлектрические свойства термопары. Вид и материал защитных труб выбирается в соответствии со свойствами окружающих материалов. Многочисленные конструктивные формы и необходимые принадлежности в значительной части регламентированы стандартами и другими нормативными документами.
Усовершенствованным вариантом термоэлектрического термометра с защитной арматурой являются так называемые термопары с оболочкой, которые получили широкое распространение. Благодаря компактной конструкции их размеры могут быть очень малыми (наружный диаметр в пределах 0,25-6мм). Вследствие этого они получаются очень гибкими при достаточной механической прочности. Наименьший радиус изгиба может составлять всего шесть наружных диаметров оболочек. Термоэлектроды изолированы один от другого термостойким керамическим порошком. Рабочий конец (место спая) может быть либо изолирован от материала оболочки, либо соединен с ним. Оболочку обычно изготавливают из коррозионно-стойкой высоколегированной стали, а в особых случаях – из благородных материалов. Каждый термометр может содержать до трех термопар. Термометры такой конструкции могут выдерживать внешнее давление до нескольких сотен атмосфер (десятков мегапаскалей). Динамические свойства тонких термопар достаточно благоприятны.
Материалы термоэлектродов, выполненные в виде фольги, располагаются между двумя поддерживающими пластинами из пластмассы или алюминия. Эти элементы можно наклеивать как тензометрические датчики. Они очень легко принимают форму неровных поверхностей, толщина их может составлять примерно 0,05÷1мм.
Конструктивное оформление термопар разнообразно и зависит главным образом от условия их применения.
В промышленности применяют десятки типов и разновидностей термопар, различным по своим техническим характеристикам. На рисунке 5 показана термопара типичной конструкции. Она представляет собой два электрода из разнородных металлов, скрученных, а затем сваренных или спаянных на одном конце (рабочий конец). Рабочий конец 12 находится в изоляционном фарфоровым наконечнике (колпачке) 11. Электроды 10 изолированы друг от друга фарфоровыми изоляторами (бусами) 7 и заключены в защитный чехол 8 из углеродистой стали. Рабочий конец чехла, предназначенный для установки в измеряемую среду, представляет собой наконечник 9 трубы из жароустойчивой стали. Наконечник 9 одним концом соединен посредством резьбы или сварки с чехлом 8, а на другом конце находится вставное донышко, завальцованное в трубу и заваренное. Жаропрочный наконечник 9 имеет различную длину, зависящую от глубины погружения термометра в измеряемую среду, его делают с таким расчетом, чтобы в зоне высоких температур находился только сам наконечник. В головке 5 помещена пластмассовая панель 6, в которой закреплены клеммы (зажимы) 4. Концы термоэлектродов входят в отверстия клемм и зажимаются винтами 2. В верхние прорези клемм через штуцер 13 и асбестовую уплотнительную набивку 14 вводят концы компенсационных соединительных проводов, которые прижимаются верхними винтами 3. клеммную панель закрепляют в головке прижимной скобой1. Головку закрывают крышкой 15 с уплотнителем.
1-прижимная скоба; 2-винт крепления электрода; 3-винт для зажима компенсационного провода; 4-клеммы; 5-головка термопары; 6-панель зажимов; 7-форфоровая изоляция; 8-защитный чехол; 9-жароупорный наконечник; 10- термоэлектроды; 11- фарфоровый наконечник; 12-рабочий конец; 13-выводной штуцер; 14-уплотнительная набивка; 15-крышка головки.
Рисунок 5 - Конструкция термопары
Независимо от конструкции термопара должна удовлетворять следующим требованиям: изоляция термоэлектродов должна исключать возможность короткого замыкания и электрических утечек. Термоэлектроды должны быть защищены от механических повреждений и химического воздействия измеряемой среды. Термоэлектродные провода должны быть надежно подключены к термопаре.
Пределы основных допустимых погрешностей термопар в диапазоне свыше ЗОО о С до верхнего предела измерения вычисляются но формулам :
- для ТПП 0,01 +2,5* 10-5 (t-300) мВ
- для ТХА 0,16+2,0*10-4 (t-300) мВ
- для ТХК 0,2-6,0* 10 -4(t-300) мВ
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10