Способ изготовления термоэлектрического термометра

Способ изготовления термоэлектрического термометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОМЕТРА, состоящий в выполнении защитного чехла в виде трубки, закрытой с рабочего торца перегородкой, выращенной вместе со стенками трубки из монокристалли:ческого тугоплавкого химически инертного диэлектрика и помещении высокотемпературной термопары в защитный чехол, отличающий с я тем, что, с целью повышения стойкости изготавливаемых термометров в агрессивных средах с противоположного торца трубки выращивают дополнительную пере гopoдky из того же материала, рабочий спай термопары закрепляют в рабочей торцовой перегородке, соед{и.яют рабочую торцовую перегородку с дополнительной перегородкой перемычкой из того же монокристаллического материала , выводят термоэлектроды из трубки через дополнительную перегородку , причем поперечное сечение трубки ориентируют в кристаллографической плоскости,изотропной по температурному коэффициенту линейного расширения, превыиающем температурные коэффициенты линейного раоиирения термоэлектродов. сл ел со 01

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ц5Н 0 01 К 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTHA

f i

Э ф

Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

И АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21 ) 3475817/18-10 (22 ) 23. 07. 82 (46 ) 23. 11. 83. Бюл. Р 43 (72 ) И. И. Смыслов, Л. Е. Никольский, Л.М. Затуловский и Д.Я. Кравецкий (71 ) Московский ордена ТрудовОго

Красного Знамени вечерний,металлургический институт (53) 536., 32(088.8) (56 ) 1. Самсонов Г.Б. Бысокотемпературные 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. AH СССР, сер. Физическая", т.44, Р 2, М., 1980 (прототип ). (54 )(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОМЕТРА, состоящий в выполнении защитного чехла в виде трубки, закрытой с рабочего.торца перегородкой, выращенной вместе со стенками трубки из монокристалли-, ческого тугоплавкого химически инертного диэлектрика и помещении высокотемпературной термопары в защитный чехол, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости изготавливаемых термометров в агрессивных средах с противоположного торца трубки выращивают дополнительную пере городКу из. того же материала, рабочий 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- pg родку, причем поперечное сечение трубки ориентируют в кристаллографической плоскости,иэотропной по температурному коэффициенту линейного расширения, превыаающему температурные коэффициенты линейного расширения термоэлектродов.

1055975

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся 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 термо- 5 электрического термометра путем помещения высокотемпературной термопары в защитный чехол, выполненный в виде герметичной трубки, в которой создан вакуум (1 ). 10

Однако термометр, изготовленный данным способом, обладает ограниченным сроком службы, так как защитный. чехол, выполненный из керамики, под воздействием температуры и агрессивной среды подвержен быстрому разрушению, чему способствует структура материала чехла, в котором местные напряжения вызывают образование трещин., Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления термоэлектрического термометра, состоящий в выполнении защитного чехла в виде трубки,закрытой с рабочего торца перегородкой, изготовленной вместе со стенками трубки из монокристаллического тугоплавкого химически инертного диэлектрика и помещении високотемперату .ной 30 термопары в защитный чехол, причем термоэлектроды выполнены из иридия и родия (2 ).

Защитный слой из такого материала стоек к воздействию высокой темпера туры, агрессивной среды и термоциклов, а ирндий-родиевая термопара имеет хорошие ме трологиче скне характеристики и физико-химическую совместимость с материалом чехла. g0

Однако известный термометр имеет ограниченный срок службы при работе в агрессивной среде, так как чехол не герметичный, т.е. открыт со стороны холодного торца, что вызывает дрейф метролбгических характеристик термопары вследствие изменения химическогo состава термоэлектродов.

Целью изобретения является повышение стойкости изготавливаемых тер» мопаров в агрессивных средах. 59

Цель достигается тем, что соглас но способу изготовления термоэлектрического термометра, состоящем в выполнении защитного чехла в виде трубки, закрытой с рабочего торца 55 ком направлении (0001), а термоэлектроды выполняют из вольфрамового и мо-, либденового проводов.

2 перегородкой, 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 в. рабочей торцовой перегородке, соединяют рабочую торцовую перегородку с дополнительной перегородкой перемычкой из того же монокристаллического материала, выводят термоэлектроды из трубки через дополнительную перегородку, йричем поперечное сечение трубки ориентируют в кристаллографической плоскости, изотропнай по температурному коэффициенту линейного расширения, превышающему температурные коэффициенты линейного расширения термоэлектродов.

Трубку выращивают из лейкосапфира a кристаллическом направлении (0001), а термоэлектроды выполняют из вольфрамового и молибденового проводов

На фиг. 1 представлен термоэлектрический термометр; на фиг. 2 сечемие А-A на фиг.1.

Предложенный термометр содержит спай 1 термонары, термоэлектрод 2, рабочий торец 3 трубки, трубку 4 из монокристаллического лейкосапфира, продольную перемычку 5, полости б внутри трубки, торцовую перегородку

7 со стороны холодного спая, корпус

8, гайку 9, хвостовик 10.

Монокристаллический лейкосапфир плохо поддается механической обработке, поэтому трубка 4 выращивается по способу Степанова, причем одновременно в трубку 4 вращивают термоэлектроды 2, выходящие из нее сквозь торцовую перегородку 7.

Затем концы термоэлектродов 2 со стороны рабочего торца 3 отгибаются навстречу друг к другу, соеди-, няются, например, сваркой, образуя спай 1, плотно прижимаются к рабочему торцу 3 и на последнем выращивается известным образом монокристал-. лический слой лейкосапфира, полностью закрывающий спай 1 вместе с термоэлектродами 2, причем кристаллическая решетка этого нарощенного слоя является продолжением

1055975 кристаллической решетки монокристалла трубки 4, т.е. вся трубка остается единым MoHQKpH"Tàëëoì.

Температура кристаллизации сапфира

2030 С, следовательно, провода из

Ф вольфрама 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 (4 ° 10 R ") и молибдена (5.-10- к ), будет сжимать эти провода (поперечное сечение трубки ), создавая напряженную посадку. В эксплуатации наибольшая допустимая температура меньше . 15 о

2030 С, поэтому такая посадка сохраняется в любом случфе. Важно отметить, что круглое отверстие в сапфире при изменении температуры остается круглым, изменяя только 20 своей диаметр, причем и модуль упругости сапфира в этой плоскости тоже изотропен,.поэтому и реакция со стороны круглых металлических проводов не приведет к искажению фор- 25 мы отверстия. В то же время пределы упругости всех сопряженных материалов приблизительно равны, rioэтому в металлах иет пластических деформаций при охлаждении, следова-. 30 тельно, при последующем нагреве положение полностью восстанавливается.

Все это обеспечивает длительное . сохранение герметичности сопряже, ния сапфира с термоэлектродами. Во время выращивания трубки в ней оста.ется аргон под давлением 0,1 атм (при комнатиой температуре), в котором вольфрам-молибденовая термопара может работать длительное время.Дав- 46 ление газа должно быть согласовано с прочностью стенок трубки. При необходимости ои может быть удален после изготовления, а трубка опять герметизирована. 45

Увеличение срока службы термометра обеспечивается не только предотвращением химического воздействия на термопару, ио и способностью трубки выдерживать механические и пРочие (воздействия виеыией среды (давление, ;изгибающие силы и т.д, ) В этом отно- шении сапфир обКацает уникальным сочетанием выдающихся, обычно не совместимых в одном материале свойств: модуль и предел упругости,приблизительно в 2 раза выше, чем у стали, что обеспечивает большую

:прочность трубки. Твердость сапфирапо шкале Мооса равна 9, поэтому в эксплуатации трубка не встречается с частицами, которые могут делать на ней риски, т.е. истирать ! ее. Термодатчик не должен служить каналом теплоотвода и сапфировая трубка удовлетворяет этому требованию: большая прочность сапфира дает воэможность делать тонкие стенки при большом поперечном сечении полостей, которые имеют малую теплопрозодность, да и теплопроводность сапфира сравнительно мала.(в

2 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 равно сопротивлению кирпича.

Продольная перемычка 5 увеличивает прочность и, следовательно, срок службы монокристаллической трубки 4, длина которой может достигать нескольких метров. Кроме того, перемычка предохраняет термоэлектроды от замыкания. Трубка 4 кренится в корпусе

8 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, до температуры 1700 С. Это позволяет исследовать температурные поля и их изменения внутри расплавленных металлов, которые сейчас неизвестны.

В настоящее время можно интенсифицировать процесс плавки, сократить его, что приводит к экономии либо электроэнергий, либо топлива, а также уменьшению потерь стали и дорогостоящих легирующих материалов,выгорающих во время нлавки, особенно при 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.

Составитель A. Тереков

Техред С.Мигунова КорректоР Ю. Макаренко

Редактор П. Коссей

Заказ 9288/32 Тираж 873 Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4