Особенности легирования

Вольфрам-рениевым термопарам доступно измерение самых высоких температур. Они появились в СССР с 1956 г. Примесь 5% рения к положительному ВР-электроду повышает его пластичность и температуру рекристаллизации. Для получения максимально возможной термо-ЭДС доля рения в отрицательном термоэлектроде должна максимально отличаться от содержания в положительном. Но при 32% рения и более в сплаве W-Re выше 1100 °C образуются интерметаллидные фазы и падает точность показаний датчиков. Такой сплав будет неоднородным — при значительном нагреве рений будет испаряться, что также увеличивает погрешность. Поэтому в США используют 25−26% сплав рения, а в СССР — 20% сплав. Тем не менее, точность термопары ВР5/20 в при t° 900−2100°С линейно уменьшается. С целью повышения стабильности ВР-термопары легируют кремнещелочными присадками (0,1−0,5% KCl, 0,1−0,5% Аl;, О3, 0,1−0,5% SiO2). Это уменьшает погрешность при измерении высоких температур почти в 3 раза.

Особенности градуировки

Градуировочная таблица термопар ВР5/20 разработана в 1968 г. Наиболее полно исследовал рост погрешности вследствие неоднородности ВР-электродов и шунтирования изоляции при высоких температурах д.т.н. профессор Гордов (ВНИИМ). ТУ производства ВР-термопар были приняты в 1973 г. и внесены в ГОСТ 6616–74. В ГОСТ 3044–74 в 1977 г. была внесена и стандартизованная НСХ (номинальная статическая характеристика), разработанная на базе шкалы температур МПТШ-68.

Градуировку термопары ВР5/20 проводили в нескольких организациях: в Екатеринбурге в Уральском институте метрологии, в Львове в КБ «Термоприбор» и в Подольске в НПО «ЛУЧ». Определяли НСХ термопары в вакуумной печи плавлением проволочек из серебра, меди, никеля, платины, родия, иридия, тантала, навитых на рабочий спай термопары. До точки плавления платины среднеквадратичную погрешность градуировки оценивали в точке родия. Показания ВР-термопары сравнивали с показаниями термопары ПР30/6 (до 1800°С) и оптического пирометра. Выяснилось, что градуировка 80% ВР-термопар имела разброс значений до 1%, Минимальная погрешность для термопары ВР5/20 класса 2 был установлен на уровне погрешности термопары типа В (ПР30/6) 0,5%. У ВР-термопары третьего класса погрешность более 0,5%.

Колебания процентного состава

По ТУ на термоэлектродную проволоку, допустимо колебание доли рения в сплаве до 0,5%, а доли примесей до 0,1%. Как следствие, в разных партиях проволоки есть разброс термо-ЭДС. В одной бухте проволоки допустим разброс термо-ЭДС до 50 мкВ при 1500 °C.
ГОСТ 3044−77 стандартизирует три близкие градуировки для термопары ВР5/20: А-1, А-2 и А-3. Градуировки А-2 и А-3 расположены соответственно выше и ниже основной градуировки А-1 с рабочим диапазоном от 1000 до 2500 °C и идут только до 1800 °C.

Производство

В 80-х годах ХХ века термоэлектродной проволоки ВР5 (ВАР5) и ВР20 производилось около 150 кг в год. Проволока шла на нужды научно-исследовательских институтов и авиастроительных КБ, использовалась в технологии изготовления композитных материалов. Основным потребителем была металлургия. При измерении температуры расплавленного металла ВР-термопары успешно заменили дорогостоящие платинородиевые, как в Советском Союзе, так и в странах СЭВ. Распад социалистического лагеря в начале 90-х годов привел к кризису промышленного производства и спаду потребления термоэлектродной проволоки на 60%. Сейчас восстановление производства требует все больше надежных высокотемпературных датчиков, таких как ВР-термопары.

Сегодня ежегодно производят около 90 кг термоэлектродной проволоки ВР5 и ВР20 0,35−0,5 мм диаметром и суммарной длиной до 20 км. Сплав получают методом порошковой металлургии. Смесь порошка вольфрама и соли аммония перрената (NH4ReO4) прессуют в штабики, затем сплавляют и раскатывают в проволоку. Из-за «плавающего» содержания рения в сплавах ВР5 и ВР20 пока не удалось кардинально оптимизировать термоэлектрические характеристики термопары. Однако последние успехи микрометаллургии, появление легирующих нано-добавок и усовершенствование анализа металлов начало уже улучшать ситуацию.

Использование

Эти термопары используют только в вакууме или инертной среде. Для расширения сферы их применения был разработан специальный герметичный чехол, заполненный инертным газом, защищающий термопары в углеродной среде (например, в вакуумной печи с графитовыми нагревателями) и в окислительных средах. Так герметичный термопреобразователь в молибденовом чехле предназначен для контроля температуры в вакуумной печи спекания топливных таблеток, его рабочий ресурс до 1000 ч при 1750 °C в агрессивной среде. Разработаны и другие герметичные ВР-термопреобразователи в чехлах из монокристалла алюминия (лейкосапфира) с ресурсом работы 2000−3000 часов при 1600 °C в окислительных средах. Они также применяются в термозондах для контроля температуры расплавленных металлов, солей или стекла.

Подобные преобразователи используют в особо агрессивных средах, при этом ресурс работы зависит только от стойкости защитного чехла. При температурах 1000 — 1700 °C они заменяют платинородиевые термопары, если допустимая погрешность — не меньше 0,5%.

Аттестация термоэлектродной проволоки

Проводится в обычной высокотемпературной печи. Термопары из отрезков ВР-проволоки, взятых с начала и с конца бухт, помещают в кожух из лейкосапфира и герметизируют там. Калибровка ведется в диапазоне 600−1700°С по эталонной термопаре ПР30/6, помещенной в эту же печь. Таким методом, более простым и дешевым, чем калибровка в вакуумной печи, реализуется до 90% заявок на аттестацию термоэлектродной проволоки. Поскольку ВР-термопары являются вполне надежными, а часто и единственно возможными, средствами измерения температуры в диапазоне 1500−2500°С они внесен в стандарты СНГ и востребован в настоящее время повсеместно.

Купить по оптимальной цене

На складе Evek GmbH представлен широкий ассортимент термопар. Наши представительства расположены. Сделать покупку можно, не выходя из офиса, через интернет-сайт Компании. Для приобретения нужно только оформить заказ и нажать кнопку «купить». При необходимости по любым текущим вопросам Вас могут проконсультировать наши менеджеры. Они предоставят всю необходимую информацию относительно продукции, ценового диапазона, условий реализации. Сроки выполнения заказов минимальны. При оптовых покупках предоставляются скидки.