ПРОДУКЦИЯ

НИХРОМ

ФЕХРАЛЬ

НИХРОМ В ИЗОЛЯЦИИ

ТИТАН

ВОЛЬФРАМ

МОЛИБДЕН

КОБАЛЬТ

ТЕРМОПАРЫ

ТЕРМОПАРЫ НАГРЕВОСТОЙКИЕ

НИКЕЛЬ

МОНЕЛЬ

КОНСТАНТАН

МЕЛЬХИОР

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

ПОРОШКИ МЕТАЛЛОВ

НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ

ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ

ФЕРРОСПЛАВЫ

ОЛОВО

ТАНТАЛ

НИОБИЙ

ВАНАДИЙ

ХРОМ

РЕНИЙ

ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ

ЦИРКОНИЙ


 
Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

 

8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95
logo
(800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54

Применение продукции из сплава константан для измерения температуры

В статье рассматривается применение проволоки из константана для производства электродов термоэлектрических термометров и удлиняющих проводов для них. Приведены примеры термопар с электродами из константана.

В промышленности и научной сфере важнейшее значение имеет измерение температур различных сред при помощи термометров тех или иных конструкций.

Одним из наиболее распространенных, универсальных и точных типов данных устройств являются термоэлектрические (термопарные) термометры, принцип действия которых основан на так называемом эффекте Зеебека. Сущность данного эффекта состоит в генерировании электрического сигнала на наружных концах двух погруженных в измеряемую среду электродных проводников – положительного и отрицательного. Для их изготовления используется специальная термопарная проволока из металлов/сплавов с различными химико-термическими характеристиками.

При соединении в единую конструкцию плюсового и минусового электродов образуется термопара, погружаемые в измеряемую среду концы которой называются рабочей зоной. Если к наружным выводам термопары подключить электроизмерительный прибор (милливольтметр) со шкалой, градуированной в градусах Цельсия, (Фаренгейта или Кельвина), стрелка датчика будет отображать изменения температурных параметров измеряемой среды.

Диапазон измеряемых с помощью таких термометров температур чрезвычайно широк. В зависимости от свойств используемой термопарной проволоки он варьируется в пределах от -200 до +2500°С. Точность измерения у термопарных датчиков также очень высока и может достигать значения 0,01°С. Термоэлектронные термометры широко используются в промышленных системах управления и контроля, а также при измерении температурных характеристик газообразных, жидких, твердых, сыпучих и пористых сред.

Термопары с электродами из благородных/неблагородных металлов

Максимальная долговечность и точность присуща термометрам с электродами из благородных металлов (золото, платина, палладий, родий и др.), а также их сплавов. Однако такие устройства слишком дороги, в результате чего сфера их практического применения ограничена.

Основным достоинством термоэлектронных термометров с электродами из неблагородных металлов и их сплавов (железа, меди, никеля, хромели, копели, константана и т.д.) является ценовая доступность, простота изготовления, широкий спектр измерений. Типы задействованных в них термопар получили повсеместное распространение во всех производственно-хозяйственных отраслях.

Однако «неблагородным» термопарам присущи и свои слабые стороны. В частности, они подвержены коррозии, другим агрессивным воздействиям. К существенным недостаткам можно причислить и нарушение однородности молекулярной структуры вследствие наличия посторонних примесей и термического старения, что вызывает погрешности в градуировке до 5°С и более.

Использование сплавов хромель и константан для изготовления термопар

Одними из наиболее востребованных являются термоэлектрические термометры, в которых электроды термопар выполняются из сплавов хромель и константан. Их популярность обусловлена, прежде всего, минимальными значениями температурного коэффициента омического сопротивления и стабильно высокими показателями термо-ЭДС.

Хромель – термоэлектродный сплав, включающий в себя около 90% никеля, 9−10% хрома, а также, суммарно, до 1,5% меди, кобальта, марганца, железа и кремния. При этом по большей части используется термопарная хромелевая проволока НХ9,5 (ГОСТ 492-2006), Ø 0,2 – 3,2 мм.

Показатель удельной плотности сплава составляет 8,7 г/см³, а температура плавления – 1460°C. Значения коэффициентов, характеризующих удельное сопротивление и линейное расширение – соответственно, 0,65 мкОм·мм2/м и 12,7·10-6 °C-1.

Способность хромелевой проволоки сохранять стабильность термо-ЭДС при температуре до 1000°C на воздухе позволяет использовать ее в виде положительного электрода хромель-алюмелевых, хромель-копелевых, хромель-константановых и других хромелевых термопар.

Константан (от лат. constanta – постоянство) — термически стабильный сплав золотистого цвета на основе меди (Cu) (около 60%) с добавлением никеля (Ni) (38—42%) и марганца (Mn) (до 2%).

Важнейшее практическое достоинство данного материала заключается в том, что его удельное сопротивление постоянно, откуда и пошло само название константан. Оно напрямую связано с колебаниями температуры. При 20°С электросопротивление составляет 0,48 мкОм·мм2/м.

Одна из основных областей применения сплава – изготовление отрицательного электрода термопар, имеющих рабочую температуру до 450—550°C. Для изготовления электродов обычно применяется константановая проволока марки МНМц40−1,5 и проволока из сплава копель МНМц43−1,5. При этом, стоит отметить, что не рекомендуется применять константановые термопары для серосодержащих сред, поскольку сера оказывает разрушительное воздействие на никелевый компонент сплава.

Термопары с электродами из константана и рекомендации к их применению

Железо-константановые термопары (ТЖКн, тип J)

Буквенное обозначение НСХ – J. Материал положительного электрода – технически чистое железо (Fe), отрицательного – сплав константан (45% Сu + 45% Ni, Mn, Fe). Коэффициент термо-ЭДС, мкВ/°С (в температурном диапазоне, °С) – 50-64 (0-800). Рабочий спектр температур, °С - от –200 до +750. Максимальная температура при не долговременном использовании, °С – 900.

    Рекомендации к применению:
  • оптимальный вариант для использования в разреженной атмосфере;
  • возможно применение в восстановительной/окислительной средах;
  • рекомендован для замеров предельно низких температур, близких к 0°К;
  • предельная температура применения +550°С (при более высоких температурных значениях выводы быстро окисляются;
  • погрешность показаний увеличивается по мере термического старения.

Железо-константановая термопара (тип J)

Рисунок 1. Железо-константановая термопара (тип J)

Хромель-константановые термопары (ТХКн, тип Е)

Буквенное обозначение НСХ – Е. Материал положительного электрода – сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr), отрицательного – сплав константан (45% Сu + 40% Ni, Mn, Fe). Коэффициент термоЭДС, мкВ/°С (в температурном диапазоне, °С) – 59-81 (0-600). Рабочий спектр температур, °С - от –200 до +700. Максимальная температура при не долговременном использовании, °С – 900.

    Рекомендации к применению:
  • наивысшая чувствительность среди всех термопар, используемых в промышленности;
  • требование по термоэлектрической однородности материалов электродов;
  • возможность производить измерения измерений в широком температурном спектре (от –42 до +880 °C).

Медь-константановые термопары (ТМКн, тип Т) Хромель-константановые термопары (ТХКн, тип Е)

Буквенное обозначение НСХ – Т. Материал положительного электрода – Медь (Сu), отрицательного – сплав константан (45% Сu + 40% Ni, Mn, Fe). Коэффициент термо-ЭДС, мкВ/°С (в температурном диапазоне, °С) – 59-81 (0-600). Рабочий спектр температур, °С – от -200 до +700. Максимальная температура при не долговременном использовании, °С – 900.

    Рекомендации к применению:
  • возможно применение в восстановительной/окислительной, а также вакуумной средах;
  • может использоваться для измерений при температурах ниже 0 °С (не чувствительны к высокой влажности);
  • возможно применение в средах с избытком или дефицитом О2;
  • подходит для измерений в температурном диапазоне от 250 до 300°C;
  • нежелательно применять при значениях температур, превышающих 450°С.

Удлиняющие (компенсационные) провода для термопар

Необходимо, чтобы свободные оконечности холодного спая термопары, подсоединяемые к измерительному прибору, находились при постоянной температуре, близкой к 0°С. В случае их подсоединения непосредственно к контактам электротермометра выполнение данного условия не представляется возможным. Это обуславливает потребность в использовании с данной целью удлиняющих компенсационных проводов, подвергаемых охлаждению до нулевой температуры.

Для изготовления таких проводов применяют металлы/сплавы, имеющие сходные с электродами термопары значения термоэлектродвижущей силы. В недорогих константановых термопарах это провода из тех же материалов, что и электроды. Диаметр компенсационных проводов, как правило, составляет от 1,0 до 1,5 мм.

Применение на практике

Термоэлектронные термометры на основе термопар железо-константан, хромель-константан и медь-константан находят широкое практическое применение в промышленных системах управления и контроля, а также при измерении температурных характеристик газообразных, жидких, твердых, сыпучих и пористых сред.

Они, в частности, используются при замере температур в печах, газгольдерах, газовых турбинах, ряде ДВС и других промышленных установках. С их помощью также осуществляют управление температурным режимом в различных промышленных и бытовых отопительных приборах, поскольку поступающий от термопары электрический сигнал удобно корректировать посредством электронных реостатов.

"Метотехника"
e-mail: info@metotech.ru

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Нихром :: Фехраль :: Нихром в изоляции :: Титан :: Вольфрам :: Молибден :: Кобальт :: Термопары :: Термопары нагревостойкие :: Никель :: Монель :: Константан :: Мельхиор :: Твердые сплавы :: Порошки металлов :: Нержавеющая сталь :: Жаропрочные сплавы :: Ферросплавы :: Олово :: Тантал :: Ниобий :: Ванадий :: Хром :: Рений :: Прецизионные сплавы :: Цирконий :: Обзор цен на металлы и ферросплавы :: Карта сайта
                     Яндекс цитирования