Рогельберг И.Л., Бейлип В.М. Сплавы для термопар. Справоч. изд. - М.: Металлургия, 1983. - 360с.
Обобщены данные о составе, строении, физико-химических и метрологических свойствах применяемых в настоящее время сплавов для термопар, предназначенных для измерений температур от сверхнизких (—270 °С) до высоких (3000 °С). Приведены температурные зависимости т.э.д.с. и чувствительности термопар, градуировочные таблицы, допускаемые отклонения т.э.д.с, данные о сроке службы, дрейфе показаний и точности термопар. Анализируются причины специфических свойств термоэлектродных сплавов: неоднородности и нестабильности т.э.д.с. Рассматривается влияние экстремальных условий эксплуатации термопар: высокого давления, сильных электрических и магнитных полей и реакторных облучений на свойства термоэлектродных сплавов и показания термопар.
Для инженерно-технических работников различных отраслей народного хозяйства, деятельность которых связана с измерением и контролем температур. Может представить также интерес для лиц, занятых производством и применением сплавов с особыми физическими свойствами.
ТЕРМОПАРЫ С ТЕРМОЭЛЕКТРОДОМ ИЗ МЕДНОНИКЕЛЕВОГО СПЛАВА (КОПЕЛЯ ИЛИ КОНСТАНТАНА) ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 1100 °С Т.э.д.с.,мкВ 70 Ni'16Mo-Kh4 ХКн.
Медно-никелевые сплавы, состав которых близок к эквиатомному (копель или константан), развивают большую т. э. д. с. Поэтому термопары, образованные этими сплавами и какими-либо другими, отличаются высокой т. э. д. с. и чувствительностью. Известны многие термопары, у которых копель (константан) является во внешней цепи отрицательным электродом: Си—К (копель, константан), Ре—К, Ag—К , ковар —К , X (хромель)—К, нихром—К, сталь — К , манганин —К , инконель — К и др. Широкое распространение в промышленности получили только три термопары с положительными термоэлектродами из меди, железа и хромеля. Большинство других были пригодны только для измерения температур в тех случаях, когда одни из электродов представлял собой либо элемент конструкции прибора, либо объект исследования и т. п.
Сплавы меди с 35—50 % , содержащие также железо и марганец, были разработаны как резистивные материалы, за ними в мировой литературе укрепилось название "константан". Сплавы, предназначенные для электродов термопар и имеющие состав, очень близкий к резистивному константану, за рубежом также называются константаном. В отечественной литературе медно-никелевый сплав, предназначенный для термоэлектрической термометрии, называется копель. Так как в константане концентрация марганца и железа, а также некоторых других элементов больше, чем в копеле, то т. э. д. с. копеля существенно больше, чем т. э. д. с. константана. Это обстоятельство выгодно отличает копель от константана. Так же как и обычно присутствующие в копеле (константане) железо и марганец, все другие примеси делают т. э. д. с. более положительной, т. е. уменьшают ее по абсолютной величине.
Температура солидуса сплава копель (константан) равна 1200—1220°С. Верхний температурный предел применения термопар медь — копель (константан) ограничен интенсивным окислением медного термоэлектрода, которое наступает при температурах 600 °С.
Сплавы типа копель (константан) отличаются высокой технологичностью и позволяют изготавливать из них проволоку и другие виды полуфабрикатов (трубки, ленты, фольгу и др.) широкого сортамента. Такие же полуфабрикаты можно получать из материалов для положительных термоэлектродов. Традиционная технология позволяет изготавливать термоэлектродную проволоку из копеля (константана) и меди, железа и хромеля, развивающих в паре заданную т. э. д. с. с допуском ± (0,3—0,7) %. Технологическими приемами, уменьшающими изменение химического состава в процессе изготовления проволоки, можно улучшить воспроизводимость т. э. д. с.
Скорость окисления копеля (константана) при температурах 600 °С очень мала и позволяет эксплуатировать сплав в течение многих тысяч часов. При более высоких температурах скорость окисления резко увеличивается . Начиная с 800 °С, окисление следует линейному закону.
ТЕРМОПАРА МЕДЬ-КОНСТАНТАН МКн (МЕДЬ—КОПЕЛЬ МК) ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ДО 600 °С.
Термопара медь- копель одна из самых старых и распространенных термопар для длительного измерения температур до 400 °С в окислительных и инертных средах, а также в вакууме. Развивает т. э. д. с. около 20 мВ при 400 °С и имеет чувствительность 40—60 мкВ/°С в диапазоне 0— 400 °С. Наиболее точная термопара для измерения температур 0— 250 °С. Недостаток термопары: высокая чувствительность к деформации и нестабильность в условиях реакторного облучения. Свойства термопары и термоэлектродной проволоки из меди и копеля для низкотемпературных термопар нормированы ГОСТ 22666—77. Для измерения высоких температур в отечественной практике термопары медь—копель используются обычно только в лабораторных условиях, причем градуируются индивидуально. Градуировочная характеристика обычно нормирована в области температур до 400 °С.
Термопара медь — константан стандартизирована СЭВ и МЭК, а также национальными стандартами многих стран мира. За исключением марганца, титана и ванадия, все другие элементы, в том числе обычно встречающиеся примеси в меди, уменьшают ее т. э. д. с. Наиболее сильно понижают т. э. д. с. ферромагнитные примеси, например Ре, Со.
Иногда применяют термопары медь — константан, изготовляемые из нестандартных относительно термоэлектрических характеристик материалов: меди и резистивного константана МНМц 40-1,5.Так же как и термопара медь—копель, термопара медь—константан используется для измерения низких температур.
Термопары МКн применяются главным образом для измерения температуры в окислительной среде (на воздухе). При температурах выше 400 °С медь быстро окисляется, поэтому большинство авторов считают верхним температурным пределом применения термопар МКн 400 °С. Однако окисление меди влияет слабо на ее термоэлектрические свойства и поэтому термопару можно эксплуатировать при более высоких температурах. Максимальная температура кратковременного использования термопары— 600 °С .
Срок службы и предельные рабочие температуры термопар МКн зависят от поперечного сечения термоэлектродов. Кратковременная эксплуатация термопар МКн на воздухе возможна и при температурах 600°С, однако это не вызывается необходимостью и обычно термопарами МКн такие температуры не измеряют. Применять термопары МКн для измерения температуры в водороде не рекомендуется, так как кислородсодержащая медь подвержена так называемой водородной болезни и становится хрупкой.
По данным , у термопар МКи отличная стабильность до 200 °С и плохая выше 300 °С. С последней оценкой вряд ли можно согласиться, так как, судя по данным нестабильность константана до 550 °С и выдержках до 1000 ч не превышает 20 мкВ, а нестабильность медного термоэлектрода очень мала.