SU1062535A1

SU1062535A1 - Compensating wire

Info

Publication number: SU1062535A1
Application number: SU823532346A
Authority: SU
Inventors: Виктор Антонович Холмянский; Андрей Карпович Агафонов; Владимир Иванович Наливаев; Евгений Павлович Волков; Владимир Сергеевич Константинов
Original assignee: Предприятие П/Я А-1857
Priority date: 1982-11-18
Filing date: 1982-11-18
Publication date: 1983-12-23

Abstract

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ JEIPOBOfl Iдл термопар, включающий положи-, тельный электрод в виде композиции двух элементов из алнмлел и хромел , имеющих электрический контакт по всей длине, и отрицательный электрод, содержащий элемент из меди, отличающийс тем, что, с целью ксалпенсации термо-ЭДС термопары ВМ-5-РК/ВР-2Р в рабочем интервале температур 0-500&deg;С, в нем в отрицательный электрод дополнительно введены два элемента, выполненных из алюмини и железа, при соотнс ении площадей поперечного сечени элементов из меди, алюмини и железа соответственно 1:COMPENSATION JEIPOBOfl Idl thermocouples, comprising a positive electrode in the form of a composition of two elements of alnmella and chromel, having an electrical contact along the entire length, and a negative electrode containing a copper element, characterized in that, in order to xalsensate the thermo-EMF of a VM thermocouple -5-PK / BP-2P in the working temperature range of 0-500 ° C, two elements made of aluminum and iron are additionally introduced into the negative electrode, with the ratio of the cross-sectional areas of the elements made of copper, aluminum and iron respectively 1-retarded:

Description

Изобретение относитс к области измерени температур, в.частности к термоэлектрической термометрии, и может быть использовано дл созд ни компенсационного провода с прецизионной поэлектродной компенс цией к высокотемпературной термопаре на основе вольфрамрениевых сплавов (ВМ-5-РК/ВР-20), положительный термоэлектрод которой -имеет состав, ве;с,,%: рений 4-5; молибден 0,1-0,5; карбид циркони ZrC 0,1-0,2; углерод 0,01-0,03; вольфрам - остальное. Известны компенсационные провода , термоэлектроды в которых выполнены в виде неоднородной композиции из разнородных, параллельно соединенных проводников, например компенсационный провод дл термопары ПР 30/6, в котором положитель ный электрод выполнен из меди, а отрицательный электрод - в виде композиции трех элементов, имеющих электрический контакт по всей длин и изготовленных соответственно из мед, алюмини и железа при соотношении площадей поперечного сечени этих элементов O-J , Известен поэлектродный компенсационный провод к термопаре ВР 5/20, составленный из композиционных тер моэлектродов, где положительный те моэлектрод выполнен в виде компози ции из алюмел и хромел при соотн шении площадей поперечного сечени элементов 1:0,65, а отрицательный термоэлектрод выполнен в виде композиции из меди и никел при соотношении площадей поперечного сечени 1:0,61 2 о : Однако этот компенсационный про вод осуществл ет компенсацию термо-ЭДС только до 300°С, а его термоэлектрическа характеристика не соответствует характеристике термо пары ВМ-5-РК/ВР-2-.0, Целью изобретени вл етс комп саци термо-ЭДС термопары ВМ-5-РК/ 20 в рабочем интервале температур 0-5000,0, : Дл достижени поставленной цели в компенсационный провод дл термопар, включающий положительный электрод в виде композиции двух элементов из алюмел и хромел , имеющих электрический контакт по всей длине, и отрицательный электр содержащий элемент из меди, в отри цательный электрод дополнительно введены два элемента из алюмини и железа при соотношении площадей поперечного сечени элементов из м ди, алюмини и железа соответствен 1:(3,7-4,3) : (0,8-1,2) с образованием их электрического контакта ло всей длине, а соотношение площадей поперечного сечени элементов положительного электрода из алюмел и хромел равно 1: (5, 5-7, 5,) , : Рабочий интервал компенсации составл ет 0-500,0 В таблице приведены зависимости термо-ЭДС от температуры каждого электрода компенсационного провода и термопары ВМ-5-РК/ВР-20, расхождение градуировок одноименных электродов компенсационного провода и основной термопары (отклонение от поэлектродности Д) и значени суммарной термо-ЭДС компенсационного провода и термопары ВР-5/20 и суммарной погрешности 8; , Величина л не превышает 0,2 мВ, Это означает, что погрешность измерени при различии температур соединений основной термопары и компенсационного провода практически пренебрежимо мадав Суммарна погрешность за счет компенсационного провода (fi) не превышает 0,13 мВ () до , что почти в 3 раза ниже погрешности компенсационного провода с поэлектродной компенсацией из сплавов нионик 30-нимо 5 {28°С)в : Этот же компенсационный провод .может быть использован и дл термопары ВР 5/2,0, Пределы соотношений поперечных сечений элементов обеих композиций (выбраны с учетом, колебани градуировочных характеристик как термоэлектродов вольфрам-рениевой термопары , так и вследствие колебани термоЭДС хромел и алюмел в пределах четырех классов по ГОСТ 1790-7;7, ; Средние значени соотношений площадей поперечного сечени элементов определены экспериментальным подбором и оптимизированы, любое другое соотношение приводит к увеличению систематической погрешности S.. Пределы колебани площадей поперечного сечени определены по следующей методике; изменение соотношени площадей поперечного сечени элементов в заданных пределах должно компенсировать с веро тностью ,95 случайные колебани характеристик элементов композиции, вли ющих на величину эквивалентной термо-ЭДС композиции (Е), а именно величины термо-ЭДС и удельного электросопротивлени составл ющих элементов и колебани диаметра проволок в пределах допуска по толщин.е. Таким образом, допустимые пределы соотношени поперечных сечений элементов определ ютс непосредственно из расчета случайного колебани термо-ЭДС композици Реальное уточнение соотношени поперечных сечений провод т следующим образом: изготавливают пробный образец композиции, измер ют ее термо-ЭДС, определ ют нужное изменние соотношени (в пределах допуска ) и изготавливают композицию с измененным соотношением и заданной термо-ЭДСо :The invention relates to the field of temperature measurement, in particular, to thermoelectric thermometry, and can be used to create a compensation wire with precision electrode compensation to a high-temperature thermocouple based on tungsten / fusions alloys (VM-5-RK / BP-20), whose positive thermoelectric electrode -has composition, ve; c ,,%: rhenium 4-5; molybdenum 0.1-0.5; zirconium carbide ZrC 0.1-0.2; carbon 0.01-0.03; tungsten - the rest. Compensatory wires are known in which thermoelectrodes in which are made in the form of an inhomogeneous composition of dissimilar, parallel-connected conductors, for example, a compensation wire for the PR 30/6 thermocouple, in which the positive electrode is made of copper, and the negative electrode is in the form of a composition of three elements contact over the entire length and made of honey, aluminum and iron, respectively, with the ratio of the cross-sectional areas of these elements OJ. Electrode compensation wire to term is known BP 5/20 opare composed of composite thermoelectrodes, where the positive electrode electrode is made as a composition of alumel and chromel at a ratio of cross-sectional areas of 1: 0.65 elements, and the negative thermoelectrode is made as a composition of copper and nickel with the ratio of cross-sectional areas is 1: 0.61 2 o: However, this compensation wire compensates thermo-EMF only up to 300 ° C, and its thermoelectric characteristic does not correspond to the characteristic of thermoelectric pair VM-5-RC / BP-2-.0 The object of the invention is Thermal EMF thermocouple set VM-5-PK / 20 in the operating temperature range 0-5000.0,: To achieve this goal, in a compensation wire for thermocouples, including a positive electrode in the form of a composition of two elements of alumel and chromel, having electrical contact along the entire length, and a negative electr containing a copper element, two aluminum and iron elements were additionally introduced into the negative electrode with a ratio of the cross-sectional areas of the elements from m, aluminum and iron, respectively 1: (3.7-4.3): (0.8-1.2) with education Their electrical contact is the entire length, and the ratio of the cross-sectional areas of the elements of the positive electrode of alumel and chromel is 1: (5, 5-7, 5,),: The working compensation interval is 0-500.0. - EMF from the temperature of each electrode of the compensation wire and the VM-5-RK / BP-20 thermocouple, the divergence of the calibrations of the same electrode of the compensation wire and the main thermocouple (deviation from the electrode) D and the value of the total thermal emf of the compensation wire and thermocouple BP-5/20 and su mm error 8; The value of l does not exceed 0.2 mV. This means that the measurement error at differences in temperature between the joints of the main thermocouple and the compensation wire is almost negligible. The total error due to the compensation wire (fi) does not exceed 0.13 mV () before, which is almost 3 times lower than the error of the compensation wire with electrodeelectric compensation from nionik 30-nanom alloys 5 {28 ° C) c: The same compensation cable can also be used for the BP 5 / 2.0 thermocouple. The limits of cross-sectional ratios of the elements of both compositions (you wounds with regard to, fluctuations in the calibration characteristics of both thermoelectrodes of a tungsten-rhenium thermocouple and thermoEMF variations of chromel and alumel within four classes according to GOST 1790-7; 7;; The average ratios of cross-sectional elements are determined by experimental selection and optimized, any other the ratio leads to an increase in the systematic error S .. The limits of oscillations of the cross-sectional areas are determined by the following method; a change in the ratio of the cross-sectional areas of the elements within the prescribed limits should compensate, with probability, 95 random variations in the characteristics of the elements of the composition, affecting the magnitude of the equivalent thermo-EMF of the composition (E), namely, the values of the thermo-EMF and electrical resistivity of the constituent elements and the diameter variation wire within the tolerance on thickness. Thus, the permissible limits for the cross section of the elements are determined directly from the calculation of the random variation of the thermal emf of the composition. The actual refinement of the ratio of the cross sections is as follows: a test sample of the composition is made, its thermal emf is measured, tolerance) and make a composition with a modified ratio and a given thermo-EMF:

Характеристика случайных колебаний эквивалентной термо-ЭДС композиции ЕЗ (среднеквадратичное отклонение 6 Eg ) определ етс как функци нескольких переменных, измен ющихс .независимо друг от друга (К; и у .) , Известно, что абсолютна дисперси суммы равна сумме абсолютных дисперсий слагаемых , а относительна дисперси произведени (частного) равна сумме относительных дисперсий сомножителей (делимого и делител ) :The characteristic of random fluctuations of the equivalent thermo-emf of the composition E3 (standard deviation 6 Eg) is defined as a function of several variables varying independently of each other (K; and y). It is known that the absolute variance of the sum is equal to the sum of the absolute variances of the terms, and the relative variance of the product (quotient) is equal to the sum of the relative variances of the factors (divisible and divisor):

На основании этого правила, а также известного полуколичественного выражени , эквивалентной термо-ЭДС композицииBased on this rule, as well as the well-known semi-quantitative expression equivalent to the thermo-emf of the composition

E.yj E.yj

ЕЭ .Г.EE .G.

получаем выражение дисперсии эквивалентной термо-ЭДСwe obtain the expression of the dispersion of equivalent thermo-emf

бГ,бЧ2-Е,(1уОbG, bc2-e, (1uO

- -

при этомwherein

,,t(6y,E,) 5:C6E,,, t (6y, E,) 5: C6E,

. ,). . ,)

Испрльзу известные значени дисперсии Е; и у; можно рассчитать дисперсию Е,, котора и служит критерием дл последующего раС чета допустимых пределов колебани соотношени площадей поперечного сечени; , Isprlsu known dispersion values of E; and at; the variance E can be calculated, which serves as a criterion for the subsequent calculation of the permissible limits of oscillation of the ratio of cross-sectional areas; ,

Дл данной композиции прин ты значени дисперсий полученных по данным ГОСТ 1790-77; ГОСТ 6132-7.9,For this composition, the values of dispersions obtained according to GOST 1790-77 are accepted; GOST 6132-7.9,

Колебани термо-ЭДС хромел и алюмел вз ты по допуску на четыре класса по ГОСТ 1790-7.7, Среднеквадратичное отклонение термо-ЭДС дл чистых металлов Си, А1, Fe определено экспериментально и составл ет при 500°С соответственно 1,5-10 , 3,0-10 и 15,0 Ю мВ., Колебани удельной электрической проводимости алюмини характеризуютс среднеквадратичным отклонением 1% (в пределах одной партии) .,Thermo-emf oscillations of chromel and alumel are taken according to the tolerance for four classes according to GOST 1790-7.7. The standard deviation of the thermo-emf for pure metals Cu, A1, Fe was determined experimentally and is at 500 ° C, respectively, 1.5-10, 3 , 0-10 and 15.0 Yu mV., Fluctuations of the electrical conductivity of aluminum are characterized by a standard deviation of 1% (within one batch).,

Получены следующие расчетные значени допустимого случайного отклонени эквивалентной термо-ЭДС о 0,95 при 5 О оС, мВ: дл положительного электрода (Х/А) 0,47, дл отрицательного электрода (Cu/Al/Fe) 0,0,8, :The following calculated values of the permissible random deviation of the equivalent thermo-emf of about 0.95 at 5 ° C, mV were obtained: for the positive electrode (X / A) 0.47, for the negative electrode (Cu / Al / Fe) 0.0.8, :

На основании этих значений рассчитаны величины допустимых пределов соотношени поперечных сечений композиций, варьирование которых обеспечивает суммарное смещение термо-ЭДС на величину ±0,65 мВ, On the basis of these values, the allowable limits of the ratio of cross sections of the compositions were calculated, the variation of which provides the total thermo-EMF displacement of ± 0.65 mV,

Дл проверки расчета был проведен эксперимент по составлению композиций из случайно выбранных проволок используемых материалов. После первичного замера проводилась корректировка сечений элементов в пределах допускав. Из 25 композиций оказалось возможным получить 24 композиции с допуском по термо-ЭДС в пределах ±0,10 мВ относительно среднего значени; . Этот допуск обусловлен случайным разбросом толщин проволок , а также термоэлектрической неоднородностью и не может быть устранен корректировкой соотношений сечений элементов.To verify the calculation, an experiment was carried out to compose compositions of randomly selected wires of the materials used. After the initial measurement, the sections of the elements were adjusted within the limits of admitting. Of the 25 compositions, it was possible to obtain 24 compositions with a tolerance of thermo-emf within ± 0.10 mV relative to the average value; . This tolerance is due to the random variation in the thickness of the wires, as well as thermoelectric non-uniformity and cannot be eliminated by adjusting the ratios of the sections of the elements.

Таким образом, пределы соотношени площадей поперечного сечени элементов определ ютс случайным разбросом термо-ЭДС электропроводности и толщины элементов При соотношении площадей поперечного сечени элементов положительного электрода из алюмел и хромел менее 1:5,5 и более 1:7,5 и элементов отрицательного электрода из меди , алюмини и железа менее 1:3,7:0,8 и более 1,4,3:1,2 веро т- . ность возможности корректировки слу-чайного разброса эквивалентной термо-ЭДС резко падает и тем самым воз астает суммарна погрешность термопар л,Thus, the limits of the ratio of the cross-sectional areas of the elements are determined by the random variation of the thermal emf of the electrical conductivity and the thickness of the elements. When the cross-sectional area of the elements of the positive electrode of alumel and chromel is less than 1: 5.5 and more than 1: 7.5 and the elements of the negative electrode of copper, aluminum and iron less than 1: 3,7: 0,8 and more 1,4,3: 1,2 probability t-. the possibility of adjusting the random variation of the equivalent thermo-emf drops sharply and thus the total error of the thermocouple increases,

Композиционные термоэлектродыComposite thermoelectrodes

компенсационного провода могут быть выполнены в виде окрутки элементов различной толщины (каждый материал в виде одной проволоки) или в виде окрутки различного числа проволок каждого элемента, имеющих равную ТО.ШЦИНУ, или каким-либо другим способом, обеспечивающим посто нство соотношени площадей поперечного сечени элементов и наличие электрического контакта между элементами по всей длине композиции, где имеетс температурный градиент в процессе эксплуатации.The compensation wire can be made in the form of wrapping elements of different thickness (each material is in the form of a single wire) or in the form of wrapping a different number of wires of each element equal to TO.ShTIN, or in some other way ensuring a constant ratio of cross-sectional areas of elements and the presence of electrical contact between elements along the entire length of the composition, where there is a temperature gradient during operation.

Предложенный компенсационный провод осуществл ет прецизионную поэлектродную -компенсацию термо-ЭДС термопары ВМ-5-РК/ВР-20 с погрешностью 5 менее 10.С, Технологи изготовлени The proposed compensation wire performs a precision electrode-compensated thermo-EMF of a VM-5-PK / BP-20 thermocouple with an error of 5 less than 10. ° C, Manufacturing Technology

предложенной композиции проста, она может быть изготовлена потребителем на неспециализированном оборудовании , поскольку включает широко распространенные промышленные сплавы .The proposed composition is simple, it can be made by the consumer on non-specialized equipment, since it includes widely used industrial alloys.

Claims

COMPENSATION WIRE Ifor thermocouples, including positive-.

an electrode in the form of a composition of two elements of alumel and chromel having an electrical contact along the entire length, and a negative electrode containing an element of copper, characterized in that, in order to compensate for the thermo-EMF of the VM-5-RK / VR-20 thermocouple in the operating temperature range 0-500 ° C, two elements made of aluminum and iron are additionally introduced into the negative electrode in it, with a ratio of the cross-sectional areas of the elements of copper, aluminum and iron, respectively, 1: (3.7-4.3) : (0.8-1.2) with the formation of "x electrical contact throughout length, and the ratio of the cross-sectional areas of the elements of the positive electrode of alumel and chromel is 1: (5.5-7.5.).