Типы термопар и материалы: сплавы, характеристики, применение
2 месяца назад
1 мин.
1
Типы термопар и материалы: сплавы, характеристики, применение
Тип термопары определяется составом термоэлектродов, то есть материалами двух проводников, формирующих горячий и холодный спаи. Именно химический состав сплавов задаёт термоэлектрические свойства, диапазон рабочих температур, чувствительность, точность, устойчивость к окислению и срок службы датчика. Выбор типа термопары — это всегда выбор баланса между диапазоном, стабильностью, стойкостью к среде и экономической целесообразностью.
Никелевые термопары: универсальный промышленный стандарт
Тип K (хромель–алюмель). Самый распространённый тип в промышленности.
- Материалы: никель-хром / никель-алюминий
- Диапазон: широкий, от отрицательных температур до высоких
Преимущества:
- высокая механическая прочность;
- устойчивость к вибрациям;
- хорошая стойкость к окислению;
- низкая стоимость.
Недостатки:
- дрейф характеристик при длительной работе;
- чувствительность к восстановительным средам.
Применение: печи, котлы, теплообменники, энергетика, машиностроение.
Тип N (никросил–нисил). Альтернатива типу K.
Материалы: усовершенствованные никелевые сплавы с кремнием
Преимущества:
- уменьшенный термический дрейф;
- повышенная стабильность при высоких температурах;
- меньшая чувствительность к «зелёной коррозии».
Применение: процессы с длительными высокотемпературными циклами.
Железные термопары
Тип J (железо–константан). Материалы: железо / медно-никелевый сплав
Преимущества:
- высокая чувствительность в средней температурной зоне;
- хорошая повторяемость.
Ограничения:
- активное окисление железа;
- невозможность работы во влажных и высокотемпературных средах.
Применение: термокамеры, лабораторные установки, сухие среды.
Медные термопары
Тип T (медь–константан). Материалы: медь / медно-никелевый сплав
Преимущества:
- высокая точность при низких температурах;
- минимальный температурный дрейф;
- хорошая воспроизводимость.
Ограничения:
- узкий рабочий температурный диапазон;
- низкая термостойкость меди.
Применение: холодильная техника, криогенные системы, лаборатории.
Платиновые термопары: для высоких температур
Типы S, R, B. Используются для очень высоких температур. Материалы: платина, платина-родий
Особенности:
- исключительно высокая стабильность;
- минимальный дрейф;
- устойчивость к химически агрессивным средам.
Недостаток: крайне высокая стоимость.
Применение: металлургия, стекловаренные печи, научные установки.
Специальные термопары
Используются для узкоспециализированных задач:
- в вакуумных системах;
- в криогенной технике;
- в ядерной энергетике;
- при сверхвысоких температурах.
Материалы подбираются индивидуально под условия среды, давление, радиацию и химическую активность.
Материалы защитных оболочек
Выбор оболочки критически важен для ресурса термопары:
нержавеющая сталь — универсальные среды;
инконель — высокая температура и коррозионная стойкость;
керамика — экстремальные температуры;
жаропрочные сплавы — агрессивные газы и расплавы.
Оболочка не должна вступать в реакцию с термоэлектродами, иначе возникает паразитная термо-ЭДС и деградация показаний.
Влияние материалов на точность и стабильность
Материал определяет:
- форму температурной характеристики;
- устойчивость к дрейфу;
- старение спаев;
- диффузию компонентов;
- окислительные процессы;
- стойкость к вибрациям и термоциклам.
Чем выше температура и агрессивнее среда, тем выше требования к сплавам и защитным материалам.