Таким образом, от горячего спая 7 отходят четыре провода; термические напряжения, возникающие в процессе измерения, уравновешивают друг друга, вследствие чего уменьшается возможность разрыва термоэлектродов н повышается надежность преобразователя При этом постоянный тепловой контакт горячего спая со стенкой кварцевой трубки в процессе измерения обеспечивает малую инерционность прибора и стабильную сходимость измерений. С этой же целью в пакетах ПТВР горячий спай термоэлектродов выполнен в виде скрутки.

Термопара в трубке закреплена посредством пробок 10 из клея или замазки. На трубку насажена эластичная прокладка 11, отделяющая огнеупорную массу 9 от термопары и контактов. В состав огнеупорной массы входят обжиговый гипс и порошок AI2O3.

От механических повреждений при транспортировке и проведении измерений при прохождении пакета через слой шлака в процессе погруже-

1 2-3 и

Рис. 9.45. Конструкция измерительной головки сменного пакета ПТПР гермопреобразователя ТПР-2075:

/ - керамическая втулка; 2 - пластмассовая втулка; 3 - паяииое соединение; 4 - заливка; б - U-образная кварцевая трубка; 6. g термоэлектроды; 7 - горячий спай; 9 - гипсовый уплотнитель; 10 узел герметизации; - шайба; 12 - защитный колпачок

ния термопреобразователя в жидкий металл трубка защищена колпачком 12 в виде тонкостенного металлического стакана.

Наличие эластичной прокладки не дает возможности огнеупорной замазке просочиться в воздушное пространство, в котором находятся холодные спаи; это исключает возможность их шунтирования и деформации, облегчает сборку, улучшает метрологические показатели термопреобразователя [1076]. Керамика для втулки должна иметь малую теплопроводность и высокую термостойкость. В новых измерительных головках используют втулки, содержащие 98,5 % SiO и 0,5 % РсгОз; открытая пористость керамики не более 20 %.

Поскольку пакеты разового действия, то с метрологической точки зрения наибольший интерес представляет их, взаимозаменяемость. В технологическом процессе выплавки стали основную роль играет не столько точность, с которой определяется истинное (абсолютное) значение температуры, сколько повторяемость результатов или сходимость измерений, т. е. качество измерений, отражающее близость результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Поэтому основной метрологической характеристикой ТПР -2075 и ТВР-2075 является сходимость показаний, которая характеризует качество термопреобразователя, отражающее близость к нулю его случайных погрешностей [519].

Для многоразового кратковременного измерения температуры очищенного от шлака чугуна в разливочных ковшах литейного производства в диапазоне 1200 . 1550 °С применяют вольфрамренневые термопреобразова-

тели ТВР-301-0! (рис. 9.46, о, б, в). В них входят пакеты ПТВР-2, каждый из которых гарантирует не менее 10 измерений температуры. Для изготовления пакетов ПТВР-2-К используют стандартную вольфрамрениевую проволоку ВР-5 и ВР-20 диаметром 0,2 мм Для пакетов ПТВР-2-С отбирают и специально комплектуют проволоку, у которой отклонение термоЭДС от номинальной статической характеристики при (1500 ±50)°С не превышает 52 мкВ. Соответственно предел основной допускаемой погрешности для TBP-30I-0I-K не превышает ± 10 °С и для ТВР-301-01-С равен ± 6 °С. Электросопротивление термопреобразователя не превышает 20 Ом. Вероятность безотказной работы не менее 0,85 в течение 10 погружений в расплавленный чугун продолжительностью по 5 с каждое с интервалом между

погружениями не менее 60 с [848].

По конструкции измерительная головка термопреобразователя ТВР-301-01 незначительно отличается от головки ТПР-2075 (см. рис. 9.45). В расплавленный металл по-

Рис. 9.46. Термопреобразователь ТВР-301-01 для многоразового кратковременного измерения температуры жидкого чугуна:

/ - корпус; 2 - сменная головка; 3 - рукоятка; 4 - разъем; 5 - удлинительный кабель; 6 - контактодержатель

Рис. 9.47. Конструкция термопарного кабеля:

/ - хромель; 2 - алюмель; 3 - порошок AljOa (периклаз); 4 - оболочка нз коррозиоиностойкой стали

гружается только термопара в кварцевой трубочке на глубину 30...40 мм.

Необходимо отметить, что точность измерения температуры расплавленных металлов термометрами, в которых первичным звеном являются описанные выше термопреобразователи, определяется сходимостью показаний термопреобразователя, погрешностью измерения и регистрации вы--ходного сигнала термопары, методической погрешностью и, наконец, погрешностью градуировки.

Благодаря конструкции пакета (небольшие диаметры термоэлектродов и кварцевой трубки, применение материалов с малой теплопроводностью) и вследствие пренебрежимо малого объема погружаемой на достаточную глубину части пакета в сравнении с объемом металла теплоотвод по термопреобразователю и вносимое им возмущение температурного поля расплава незначительны, т. е. методическая погрешность практически равна нулю.

Кабельные термопары и термопреобразователи. Перспективной является технология изготовления термопреобразоватейей в виде термопарных кабелей (так называемые бронированные оболочковые или кабельные термопары [43, 580, 603]). Из чистых порошков электроизоляционных материалов методом сухого прессования изготавливает двухканальные бусы, в которые вставляют подготовленные термоэлектроды. Изолированная термопара затягивается в металлическую трубку и волочением (если необходимо, то с отжигом) получают готовое изделие (рис. 9.47). Способы изготовления теомопарных кабелей описаны в работе [921], а преобразователей на их основе - в работе [603].

в СССР выпускаются тер1Юпарные кабели с минеральной изоляцией в стальной оболочке с epюэлeктpoдaми диаметром 0,2... 1,20 из копеля, хромеля к алюмеля марок КТМС (ХК) с рабочей температурой до 600 °С и КТМС (X \) с рабочей температурой до 800 °С (допускается кратковременное (до 1 ч) использование прн 900 °С). В качестве изоляции используют электротехнический периклаз марки ПЭ-1М с химическим составом, %: MgO 98,00, СнО 0,50, FegOj 0,08, AI2O3 0,75, SiO.j 0,65 (потери при прокаливании 0,02 %) и марки ПЭ-ВМ с химическим составом, %: MgO 97,50, СнО 1,40, FegOj 0,12, AI2O3 0,75, SiO 0,65 (потери при прокаливании 0,25 %). Оболочку изготовляют из коррозионностойкой стали 08X181 НОТ, 12Х18Н10Т или сплава ХИ78Т. Кабели выпускаются двух- или четырех-

Время

Рис, 9.48, Рабочий конец кабельного термопреобразователя с заземленным (а), изолированным (б) и открытым (в) спаями.

Рис. 9.49. Часть диаграммной ленты с записью переходного процесса изменения электросопротивления кабельного термо-преобрпзователя при резком охлаждении с 360 до 20 °С в воду (запись на осциллографе HI 15, скорость движения ленты 10 мм с~, изменение сопротивления 0,3...0,5 Ом):

а - качественный спай; 6 - бракованный спай

жильные диаметром 1,0; 1,5; 3,0; 4,0; 4,6; 5,0; 6,0; 7,2 мм с допустимым отклонением ±0,05 мм. Максимальная длина кабеля 100 м.

ТермоЭДС двухжильных кабелей по НСХ и допускаемым отклонениям соответствует стандарту; у четырехжильных кабелей с термоэлектродными жилами из хромеля и алюмеля допускаемые отклонения термоЭДС не превышают ±0,16 мВ до 800 °С,

Конструктивно термопреобразователи на основе термоиарного кабеля выполняют с изолированным или неизолированным рабочим спаем (рис. 9,48), Качество сварки контролируют рентгеновским и электрическим метсдами. Последний метод предполагает проведение термоударов, заключающихся в прогреве горячего спая при (360 ± 10) °С в течение 5 мин и резком охлаждении в воду. При этом на чувствительной аппаратуре ведут запись переходного процесса изменения электросопротивления термопары. При некачественном изготовлении спая на диаграммной ленте появляются выбросы (рис. 9,49), прр?чина которых резкое изменение электросопротивления вследствие появления микротрещин. Большое значение имеет герметизация термопреобразователя, поскольку периклаз в значительных количествах поглощает влагу. Наличие повышенного содержания влаги в кабеле ведет к занижению показаний термопреобразователя и быстрому выходу его из строя. Поэтому перед окончательной сборкой термопреобразователей кабель прокаливают при (425 ± 10) °С в течение 4 ч. Качество герметизации контролируют с помощью различного рода тече-искателей, в том числе гелиевых, а также измерением электросопротивления изоляции. Электросопротивление между термоэлектродами, а также между

термопарой и оболочкой, пересчитанное на 1 м длины, должно быгь не менее lOi Ом при нормальных климатических условиях, 10 Ом при 600 °С и 10 Ом при 800°С.

За рубежом кабельные термопреобразователи выпускают длиной до 400 м (с термопарами из неблагородных металлов) и до 10 м (с платиноро-диевыми термопарами). Их наружный диаметр 0,15...8 мм; преимущественное использование имеют преобразователи диаметром 3 мм, в качестве защитной арматуры используют сталь XSCrNiTi 18.10 до 850 °С, X15CrNiTi 25.20 до 1200 С, инконель (72 % N1, 14... 17 % Сг, 6... 10 % Fe, < 10 % Мп) с термопарой типа S - до 1300 °С. Засыпку производят порошкообразными

Таблица 9.55. Термопарные кабели, выпускаемые за рубежом

Тип термопары или фир. менное наи-MCHonamje

Материал защитной арматуры

Число термоэлектродов

NiCr -Ni XSCrNiTi 18.10

NiCr - Ni X 15CrNiSi25.20

NiCr - Konst X8CrNiTil8.10

NiCr-Konst X8CrNiTil8.10

NiCr - Ni Инконель

2 4 6 2 4 2 4 2 4 2

Fe - Konst

5 (R) В

BP 5/26 Аэронак

Леропак

XlOCrNiMoTilS.lO 2

(материал 4 № 1.4571)

Инконель, инко- - лой

Нержавеющая - сталь

То же -

ПРЮ -

Nb, Мо, Та -

Нержавеющая - сталь

Та, Мо

( Аме-

рикен

Стан-

дард

Инк. )

Примечания: \) НСХ термопары NiCr - Konst соответствует ХК - 21 внешний Х15С?]?1яГ25 25;т; - °3:05: 1.0; 2.0; з!о; 4 to г Гстал

жет обпазоваткгг Р, ° ДУется длительно применять при 600...900 °С. так как мо-?ел косой ппивепг* °РУпчиванию и повышению твердости; 4) пе-£i5ho?s Ри едеиа температура длительного применения, за косой - кратковре-

13 9-491

оксидами магния и алюминия: в особых случаях для высоких температур оксидами циркония, тория или бериллия.

Сведения о серийных термопарных кабелях зарубежных фирм приведены в табл. 9,55 и 9.56.

Термопреобразовагели па базе термопарного кабеля обладают существенными преимуществами по сравнению с термопреобразователями обыч-

Таблица 9.56. Предельные температуры f С) длительного применения кабельных термопреобразователей ряда зарубежных фирм

ной конструкции: высокой надежностью, стабильностью метрологических характеристик, универсальностью применения в различных условиях эксплуатации, малой инерционностью, хорошей технологичностью, малыми материалоемкостью и трудоемкостью. Большое достоинство этих термопреобразователей в том, что в процессе монтажа их можно изгибать, укла<

Таблица 9.57. Допустимые давление Ррд и напряжение а, при которых могут работать кабельные термопреобразователи с оболочкой из стали 12Х18Н10Т

Примечание: значения в первом ряду получены при диаметре кабеля 3 мм, во втором - при диаметре 4,6 мм.

дывать в труднодоступных местах, приваривать, припаивать или просто прижимать при измерениях температуры поверхностей до 800 °С.

Кабельные термопреобразователи способны выдерживать большие рабочие давления (до 35 МПа). В табл. 9.57 приведены допускаемые давления, при которых могут работать термопреобразователи с оболочкой из стали 12XI8H10T. Кабель с оболочкой из сплава ХН78Т работоспособен при температуре 1000 °С и давлении 8,7 МПа (диаметр 3 мм), 5,4 МПа (диаметр 4,6 мм).

При работе в потоках жидкости или газа, перемещающихся с большой скоростью, а также при высоких давлениях и в агрессивных средах термопреобразователи должны быть помещены в защитные гильзы, предохраняющие их от изгибов и разрушений.

Показания кабельных термопреобразователей более стабильны по сравнению с обычными. Влияние температуры на стабильность кабельных термопреобразователей показано в табл. 9.58.

Кабельные термопреобразователи с защитной арматурой из стали ХТ8 CrNiTi 18.10, которая вследствие добавки титана устойчива к интер-

Таблица 9.58. Изменение НСХ термопреобразователей на базе термопарных кабелей диаметром 4 мм, °С

кристаллитной коррозии, хорошо зарекомендовали себя в нефтеперерабатывающей и химической промышленности: при производстве бензина (400...500 °С); переработке неЛтяного сырья (350 °С); синтезе газа (300... 450°С); крекинге ( ООО... 1200 С); синтезе аммиака; добыче генераторного газа или производстве метанола; полиэтилена высокого давления (300... 400 °С) в экстрударах для пластмасс.

С помощью кабельных термопар (защитная арматура из стали Х15 CrNiSi 25.20) ведут контроль температуры при производстве алюминия в ГДР на прокатном заводе в Хеттштадте и заводе легких сплавов в Ман-сфельде. Простой и надежной оказалась конструкция, у которой было удалено 10 мм защитной арматуры, и горячий спай возникал посредством замыкания термоэлектродов с расплавленным алюминием (рис. 9.50). Стабильные показания наблюдаются в течение 40 ч.

Кабельными термопреобразователями (оболочка из стали Х15 CrNiTi 18.10), смазанными золой из костей, на прокатном заводе в Хеттштадте измеряют температуру расплавленной меди. При непрерывном измерении термопара работоспособна до 5 ч, при кратковременных погружениях - до 6 мес. Кабельными термопреобразователями измеряют температуру обмоток электромоторов в различных тепловых установках [123], выхлопных газов двигателей, а также их выпускных клапанов, у которых температура достигает 800 °С.

На основе термопарного кабеля КТМС (ХК) диаметром 1,5 мм разработана оригинальная конструкция пятизонного термоэлектрического преобразователя ТХК-0972 для контроля радиального распределения температуры в термопластических материалах в процессе переработки их в изделия на червячных прессах, при воздействии среды высокой вязкости и плотности, давлении до 55 МПа при 500 ,600 X (рис. 9.51).