ЖУРНАЛ «СТА» №2/2004

67 СТА 2/2004 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА ющим срок службы защитных чехлов ТП. В этом стандарте под кратковре- менным сроком работы условно пони- мают время службы детали до 100 ч; под ограниченным сроком работы — от 100 до 1000 ч; под длительным сро- ком работы — от 1000 до 10 000 ч, под весьма длительным сроком работы — время, значительно большее 10 000 ч (обычно от 50 000 до 100 000 ч). Указанное положение ГОСТ 661694 позволяет производителям заявлять фактически завышенный верхний предел рабочего диапазона измеряе- мых температур. Например, для ТП типа ТХА в чехлах из стали 15Х25Т за- являют верхний предел рабочего диа- пазона измеряемых температур 1200°С. Однако при этой температуре показания будут достоверными лишь в течение нескольких часов изза свойств термоэлектродов, а защитный чехол разрушится через несколько де- сятков часов, так как температура на- чала интенсивного окалинообразова- ния у этой стали 1050°С. Необходимо также помнить, что все показатели надёжности (средний срок службы, наработка на отказ, гаран- тийные обязательства) нормируются для номинальной температуры приме- нения — наиболее вероятной темпе- ратуры эксплуатации ТП. Как прави- ло, её принимают за 75% от верхнего предела рабочего диапазона измеряе- мых температур. В табл. 2 приведены рекомендуемые рабочие атмосферы для различных ти- пов термопар, а также их дифферен- циальная чувствительность в указан- ных диапазонах температур [3]. Из табл. 2 следует, что универсаль- ными термопарами являются медьконстантановая и железокон- стантановая. Первая не нашла широ- кого применения в промышленности изза узкого диапазона температур в области выше 0°С. Она используется в основном для измерения низких температур. Термопара типа J широ- ко используется на Западе, но в Рос- сии также не нашла широкого при- менения, повидимому, изза отсут- ствия производства высокочистого термоэлектродного железа. Кроме того, к недостаткам термопары мож- но отнести плохую коррозионную стойкость железного электрода и вы- сокую чувствительность к деформа- ции. Преобразователи термоэлектрические на основе благородных и тугоплавких металлов Термопреобразователи вольфрамре- нийвольфрамрениевые ТВР имеют са- мый высокий предел длительного при- менения — 2200°С, но только в нео- кислительных средах, так как на возду- хе уже при температуре 600°С происхо- дит очень быстрое окисление и разру- шение термоэлектродов. Термопара устойчива в аргоне, гелии, сухом водо- роде и азоте, а также в вакууме. Основ- ной недостаток — плохая воспроизво- димость термоэдс, вынуждающая группировать термоэлектродные пары по группам с номинальными статичес- кими характеристиками А1, А2, А3. В металлургическом производстве и при термообработке в диапазоне 10001600°С чаще всего используются платинородийплатиновые термопреоб- разователи ТПП10 и ТПР. Модифика- ция ТПП13 широко применяется на Западе. Термопары ТПП10 использу- ются также в качестве эталонных средств. По совокупности свойств пла- тина и платинородиевые сплавы явля- ются уникальными материалами для термопар. Их основное свойство —хо- рошее сопротивление газовой корро- зии, особенно на воздухе при высоких температурах. Указанное свойство в со- четании с высокой температурой плав- ления и достаточно большой термоэдс, хорошей совместимостью со многими изолирующими и защитными материа- лами, а также с хорошей технологично- стью и воспроизводимостью метроло- гических характеристик, делает их не- заменимыми при изготовлении элект- родов термопар для измерения высо- ких температур в окислительных сре- дах. Эти сплавы устойчивы в аргоне и гелии, не растворяют азот и водород, не образуют нитридов и гидридов, не взаимодействуют с СО и СО 2 . Тем не менее, применять платинородийпла- тиновые термопреобразователи в вос- становительных атмосферах не реко- мендуется, так как в этом случае проис- ходит загрязнение платины и платино- родиевого сплава элементами, восста- новленными из защитной или изоли- рующей керамики (обычно оксидной). До 1200°С платина и её сплавы с роди- ем практически не взаимодействуют с огнеупорными материалами. При бо- лее высоких температурах чистота ог- неупорного материала влияет на ста- бильность термопар. Наличие примеси SiO 2 (окись кремния) в материале ведет к изменению термоэдс (рис. 1, [4]), а в восстановительной атмосфере уже при температуре выше 1100°С разрушает платину изза образования силицидов Pt 5 Si 2 и легкоплавкой (830°С) эвтекти- ки PtPt 5 Si 2 , отлагающейся по грани- цам зёрен. Эта реакция возможна толь- ко в присутствии углерода и серы и осуществляется путем восстановления SiO 2 до Si, который в присутствии СО Тип термопары Рабочие атмосферы Чувствительность в диапазоне температур окисли- тельная восстано- вительная инерт- ная вакуум диапазон, °С dE/dT, мкВ/°С ТМКн (Т) ++ + + + 0-400 40-60 ТХК ++ – + + 0-600 64-88 ТХКн (E) ++ – + + 0-600 59-81 ТЖК (J) ++ ++ + + 0-800 50-64 ТХА (K) ++ – + + 0-1300 35-42 ТНН (N) ++ – + + 0-1300 26-36 ТПП (R, S) ++ – + + 600-1600 10-14 ТПР (B) ++ – + + 1000-1800 8-12 ТВР – H 2 ++ ++ ++ 1300-2500 14-7 Рекомендуемые рабочие атмосферы Примечания. 1. «++» — рекомендуемая атмосфера; «+» — эксплуатация в данной атмосфере воз- можна; «–» — нерекомендуемая атмосфера. 2. Под окислительной атмосферой обычно подразумевается воздух (21% объёма О 2 ) или смесь газов при избытке кислорода, в которой происходит окисление вещества (потеря атомами и ионами электронов). Присоединение атомами кислорода (образо- вание оксида) — частный случай реакций окисления. Слабоокислительная атмосфе- ра содержит О 2 в смеси газов на уровне 2-3%. В восстановительной атмосфере идут химические реакции, в которых атомы и ионы присоединяют электроны. При этом происходит понижение валентности элемента. Примеры восстановительных сред — сухой H 2 , CO, углеродсодержащие газовые среды, эндогаз, экзогаз, коксовый и домен- ный газы, диссоциированный аммиак, выхлопные газы камер сгорания. Инертная атмосфера существует в газах N 2 , Ar, He и других инертных. Таблица 2