Для измерения температуры в промышленности применяются так называемые термопары. Они состоят из 2-х разнородных металлических проводников. Суть работы заключается в эффекте Зеебека: при погружении одного конца элемента в среду, на другом конце образуется разница температур вследствие различных термических характеристик металлов проводников.
Термопары позволяют производить точные измерения температуры в пределах от -250 °С до 2500 °С, в том числе в агрессивных средах. Они отличаются друг от друга материалами, используемыми в проводниках и рабочим диапазоном, измеряемым каждой парой. Одними из таких проводников являются хромель и алюмель.
Содержание
- Состав хромеля
- Способ производства
- Свойства хромеля
- Область применения
- Термопара хромель алюмель
- Термопара хромель-копель
- Вам также могут быть интересны статьи:
Состав хромеля
Сплав хромель, как и любая техническая продукция, имеет требования к производству и составу. Частично они регламентированы ГОСТ 1790-2016, где предъявляются требования к проволоке для производства термоэлектродов. Хромель имеет следующий химический состав (в %):
- никель (Ni) – основа;
- хром (Cr) – 9.0-10.
Скачать ГОСТ 1790-2016
В состав сплава хромель также входят примеси: мышьяк, железо, углерод, свинец и некоторые другие. Сумма примесей может достигать 1,5%.
Алюмель, который часто используется в паре с хромелем, имеет состав:
- никель (Ni) – основа;
- алюминий (Al) – 1.8-2.5%.
Способ производства
Хромель и алюмель – одни из самых трудоёмких в производстве. Сложность технологического процесса заключается в необходимости строгого контроля пропорций компонентов во время плавления, так как ключевые характеристики конечного продукта обусловлены в основном соотношением материалов. Составы производят в индукционных печах различной частотности.
Порядок плавления следующий. Большую часть хрома загружают в жидкую ванну, оставляя несколько килограмм для коррекции. Затем вводят никель и одновременно флюс. Плавление ведется в интенсивном режиме. Раскисление металла производится добавлением марганца и магния. Затем проводится определение термоэлектродвижущей силы и корректировка содержания хрома.
Аналогичным способом производятся другие никелевые сплавы. Различия заключаются в очередности загрузки материалов и окислителях. Например, производство сплава алюмель производится следующим образом. Загружаются никель и флюс, уже после этого остальные компоненты. В качестве окислителя используется магний. Таким образом получают алюмелевые сплавы, хромель и копель.
Свойства хромеля
Широкое распространение в производстве сплав получил благодаря своим полезным свойствам: жаростойкости и способности к термоэлектродвижущей силе. Рабочая температура хромеля достигает 1100 °С, температура плавления — 1500 °С. Малая инерционность позволяет измерять даже незначительную разность показателей.
При нагревании практически не расширяется, коэффициент его линейного расширения равняется 12,8*10-6С, что является показателем ниже среднего. Удельное сопротивление состава равняется 0,66 мкОм*м, что не позволяет применять его в области электрических проводников. Теплоемкость хромеля зависит от состава.
Соединение отличают высокая пластичность, ковкость и стойкость к коррозии. Предел прочности изделий из хромеля достигает 550 Мпа. Стоит отметить небольшую массу материала.
Этот проводник отличается высокой устойчивостью к воздействию большинства химических соединений, в том числе кислотных сред. Практически единственная слабость хромеля – соединения на основе серы, в особенности серная кислота. Под воздействием химических соединений серы он утрачивает свои характеристики, деформируется и разрушается.Стоит отметить, что при физической деформации электродов искажаются показания измерений. Алюмель обладает очень схожими характеристиками.
Таким образом, ключевые свойства сплава хромеля:
- жаростойкость;
- стойкость к деформации;
- пластичность;
- устойчивость к средовым воздействиям.
Область применения
Самое широкое применение состав получил в виде проволоки. Её применяют в качестве нагревательных элементов, резисторов, компенсационных проводов, реостатов.
Термопара хромель алюмель
Алюмель в такой паре является отрицательным, а хромель положительным элементом. Такое сочетание имеет термоэлектрические характеристики близкие к линейной. Это позволяет показывать высокую чувствительность и высочайшую точность измерений.
Пара хромель алюмель относится к датчикам общего применения. Изделия обычно имеют вид щупов. Применяются для измерения показателей в инертных и окислительных средах. Выгодно отличаются от других пар при работе в среде высокой радиоактивности.
Изделия из сплавов хромель-алюмель могут применяться практически в любой сфере от промышленности до лабораторий. Алюмель также применяется как термоэлектродный провод в конструкции измерительных приборов.
Термопара хромель-копель
Этот элемент используется для бесконтактного метода измерения достаточно высоких температур, т. е. без непосредственного контакта термоэлектрода с источником тепла. Применяются для постоянного мониторинга теплового режима на промышленности и в лабораторных исследованиях. Рабочая температура такой пары колеблется в зоне от 200 °С до 600 °С.
Это относительно простая и надежная в использовании термопара, которая показывает достаточно высокую степень точности измерений. Отличается высокой жаропрочностью, прекрасными термоэлектрическими свойствами. Может быть использована в различных средах и сферах деятельности. Даже чувствительность к деформациям нельзя в полной мере назвать недостатком, ведь она никак не сказывается на точности и качестве измерений.
Таким образом, хромель широко применяется в различных областях науки и производства, благодаря своим характеристикам и приемлемой стоимости.
Источник: