Сплавы для термопар состав характеристики применение: Термопары. Типы термопар, рекомендации по выбору. Заметка

Оптимизация характеристик термопары: ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Хотя термопары просты по форме и функциям, они должны подходить для сферы использования и обращаться с ними нужно с осторожностью, чтобы обеспечить оптимальные характеристики и точность.

Самым распространенным датчиком в тепловой системе является термопара, которая чувствительна к изменению условий процесса нагрева, достаточно надежна и предлагает требуемую точность при умеренной стоимости. Термопары прочны и могут использоваться в широком диапазоне рабочих температур — от минусовых до более 2200⁰C. Однако на успешное применение термопары влияет сочетание многих факторов, включая чистоту материала термопары и качество изготовления, температурное воздействие, термоциклирование, химическое воздействие, применяемую защиту и механическое повреждение. Эта статья дает представление о выборе и применении термопар.

Все термопары не равны

Можно было бы подумать, что процесс скрепления пары проводов вместе для образования термопары приведет каждый раз к одному и тому же полезному устройству. Однако при выборе термопары следует учитывать несколько важных факторов, от типа материала до качества поставщика. Например, несоответствия материалов, связанные с производством, являются источником потери точности термопары, которая в данном случае определяется как величина ошибки, которая существует при измерении температуры. Несоответствия материалов могут возникать во время плавления металлов (либо при производстве сплавов, либо при сварке наконечников термопары), во время холодной штамповки, такой как обжимка, волочение и сгибание, а также во время термообработки и охлаждения. Большинство производителей термопар предоставляют информацию о допусках начальной калибровки для своих термопар.  Например, стандартный допуск для термопары типа K при температуре 1100⁰C составляет около 8⁰C. В критических высокотемпературных процессах могут потребоваться специальные допуски 4⁰C для обеспечения благоприятного результата процесса.

Выбор подходящей термопары

Выбор подходящей термопары требует, чтобы потребности были определены и согласованы с соответствующим типом термопары. Например:

• Какую максимальную и минимальную температуру увидит термопара?
• Что такое топочная атмосфера?
• Каковы технические характеристики процесса и допустимые отклонения от ошибок?
• Как долго длится процесс измерения?
• Каков ожидаемый срок службы термопары?
• Есть ли ограничения по стоимости?
• Имеют ли пользователи опыт правильного управления термопарами?

Например, термопара, используемая для обеспечения долгосрочного контроля и управления процессом, может быть проводом меньшего сечения (более толстым), имеющим лучшую механическую защиту и защиту от коррозии, чем термопара периодической нагрузки, которая может быть менее дорогой и достаточно гибкой, но может иметь более короткий срок службы. Если у пользователей термопар ограниченный опыт или если устройства не могут обслуживаться часто, более надежная система термопар с дополнительной инженерной защитой может быть лучшим выбором.

Типичные отказы термопары

Стили термопар

Двумя наиболее распространенными типами термопар в металлообрабатывающей промышленности являются стандартные промышленные термопары с неизолированным проводом (также называемые термопарами с шариками) и термопары с минеральной изоляцией в металлической оболочке (также называемые MI, MIMS и MgO).

Термопары с неизолированным проводом — самый старый тип используемых термопар, обычно конструируются с использованием двух разнородных металлических проводов, разделенных непроводящими керамическими изоляторами. Их относительно легко сделать и, как правило, они имеют самые низкие первоначальные затраты. Они также требуют наибольшего внимания как в плане частоты обслуживания, так и в отношении постоянных деталей. Используются два основных типа соединений: скрученные и стыковые. 

Скрученные и стыковые соединения

Хотя механическое соединение, такое как скрутка, может обеспечить необходимый контакт между двумя разнородными проводами для работы термопары, для увеличения срока службы обычно требуется более прочное соединение. Закон промежуточных температур гласит, что если два разнородных однородных металла производят значение термоэдс, оно будет оставаться постоянным, если в цепь будет введен третий материал, при условии, что оба конца этого материала имеют одинаковую температуру. Это позволяет сваривать горячий спай.

Два наиболее распространенных метода соединения — это скрутка и сварка или стыковая сварка. Скручивание соединения может замедлить реакцию системы из-за дополнительной массы провода. Однако сварно-витой стык механически более прочен. Обратите внимание, что яркие чистые провода образуют соединение, где бы они ни соприкасались. Это означает, что по мере старения термопары фактическое расположение спая может измениться от двух ярких проводов, соприкасающихся в одном месте на скручивании, до плавленой части спая, которая может находиться дальше вниз по термопаре. Сваренные встык термопары обеспечивают более высокую чувствительность, быстрее реагируют на изменения температуры и могут считаться более точными, поскольку имеется только одна точка контакта. В промышленных термопарах с шариками должна быть постоянная длина скрутки. Более длинное или короткое скручивание может сдвинуть горячий спай на сантиметр или больше. Также требуются последовательные методы закрепления. 

Выбор изолятора

Изоляторы используются для отделения двух проводов друг от друга, что предотвращает нежелательное вторичное измерительное соединение в другом месте термопары. Материал изолятора может повлиять на общий срок службы и производительность системы. В высокотемпературных печах рекомендуется использовать изоляторы из оксида алюминия при использовании проволоки из благородных металлов, например платины, поскольку кремний в изоляторе может разрушать благородные металлы. Ниже приведены несколько советов по использованию и обслуживанию стандартных промышленных термопар с шариками:

• Используйте защитные трубки при измерении температуры в агрессивных средах.
• При замене термопар всегда проверяйте защитную трубку. На что обращать внимание: проверьте наличие микроотверстий на огнеупорной линии, трещин в кончике трубки и нагара или загрязнения на наружной поверхности трубы. Выбор сплава трубки важен, и материал может не подходить для применения, если происходит чрезмерный износ.
• Осмотрите термопару после снятия с защитной трубки. Загрязнение поверхности провода может существенно повлиять на характеристики термопары, поскольку генерируемая ЭДС концентрируется на поверхности провода, и сигнал будет ослаблен, если провод не чистый и не яркий. Зеленый цвет термопар типа K указывает на старение и изменение химического состава сплава (зеленая гниль). Оранжевый цвет (оксид железа) на термопарах типов J и K указывает на протекающую защитную трубку или загрязнение влагой. Мягкий пушистый черный цвет может быть результатом загрязнения углеродом. Жесткая черная шкала на наконечнике термопары типа K указывает на перегрев термопары. Кончик может даже выглядеть опухшим. Обесцвечивание изолятора на серебро указывает на протекание защитной трубки.
• При использовании защитной трубки вставляйте термопару так, чтобы она не касалась дна или стенок защитной трубки. Глубина вставки должна быть как минимум в 4-10 раз больше наружного диаметра защитной трубки.
• Не допускайте чрезмерного изгиба или залома термопар, поскольку холодная обработка вызывает перекристаллизацию микроструктуры, что влияет на точность.
• В применениях, где температурные диапазоны позволяют использовать термопары типа K с шариками, например, при повторяющихся термоциклах от 980 до 430⁰C в печи с подом, срок службы термопары можно увеличить, выбрав провод более низкого калибра или используя минерально -изолированную термопару в металлической оболочке.
• Всегда заменяйте колпачок защитной трубки. Защитные трубки, заполненные мусором, приводят к ошибочным показаниям температуры.
• Избегайте изменения глубины погружения термопары после первоначальной установки. Это особенно верно для рабочих температур выше 500⁰C.
• Следите за тем, чтобы датчик не располагался слишком близко к любому инфракрасному нагревательному элементу.
• Всегда используйте термокомпенсационные провода самого большого практичного сечения для обеспечения оптимального срока службы, отклика, стабильности и производительности.
• Разработайте программу профилактического обслуживания и зафиксируйте срок службы и причину отказа каждой термопары.
• Не используйте платиновую проволоку для поддержки чего-либо, кроме ее собственного веса, в термопарах из благородных металлов и используйте хомут для поддержки веса изоляторов. Платиновая проволока практически не имеет прочности при высоких температурах. Использование платиновой проволоки 26 калибра допустимо при температурах ниже 1300⁰C. Тем не менее, при температурах выше 1300 ° С рекомендуется использовать провод сечением 24 или более. Во всех случаях платиновая проволока должна оканчиваться только стыковой сваркой, так как материал может деформироваться и выйти из строя при скручивании.

Термопары с минеральной изоляцией MIMS

Наиболее распространенной изоляцией, используемой для термопар с минеральной изоляцией и металлической оболочкой, является оксид магния (MgO). Термопары в металлической оболочке состоят из пары проводов, упакованных в огнеупорный материал и заключенных в металлическую оболочку. Как правило, они могут выдерживать неблагоприятные условия значительно дольше, чем термопары без покрытия. Хотя их первоначальная стоимость часто более чем вдвое превышает стоимость стандартной сборки термопары с неизолированным проводом, они становятся все более популярными благодаря простоте замены и увеличенному сроку службы. MgO часто содержат вставные клеммы, которые исключают возможность изменения полярности. Они доступны с тремя типами экспонирования термопар, которые можно рассмотреть на иллюстрации ниже. 

Самый распространенный — незаземленный, когда сварной валик изолирован от оболочки. Хотя этот тип имеет несколько более медленную реакцию на изменения температуры технологического процесса, он также имеет меньший риск того, что электрический шум будет мешать сигналу от источника. Заземленные термопары имеют более быстрый отклик и могут успешно использоваться там, где электрические помехи не являются проблемой. MgO с открытым наконечником обеспечивают самый быстрый отклик, но срок службы данных термопар значительно уменьшается из-за этого.

Существуют различные сорта чистоты огнеупорного наполнителя. Так называемый стандартный сорт содержит 96% оксида магния с остальным остатком SiO2 и обеспечивает более высокое сопротивление изоляции. Как правило, чем выше температура процесса, тем важнее чистота огнеупора. Уровень чистоты 96% подходит для датчиков нагрузки при температурах ниже 850⁰C. MgO более высокой чистоты (минимум 99,4%) лучше использовать в системах, в которых используется платина, поскольку примеси в огнеупоре могут значительно повлиять на срок службы платины. Изоляция высокой чистоты также лучше подходит для долгосрочной защиты от износа, даже если сопротивление изоляции ниже. MgO высокой чистоты следует использовать в вакуумных системах для обеспечения длительного срока службы и постоянной точности.

Содержание влаги в огнеупоре в оболочке должно быть минимальным, чтобы предотвратить внутреннюю коррозию измерительного элемента. Химически связанная влага в MgO выделяется при более высоких температурах и конденсируется в холодном конце рукава. Влага также может существенно повлиять на сопротивление керамической изоляции внутри датчика до точки, где образуется вторичный переход. Хотя в большинстве спецификаций обсуждается проверка сопротивления при комнатной температуре, реальное воздействие влаги не происходит, пока датчик не достигнет высоких температур. Спецификация сопротивления изоляции при высоких температурах иногда используется для контроля влажности. Некоторые эпоксидные смолы, используемые для защиты от влаги, могут разрушать провод термопары, сокращая срок службы MgO.

Мелкодисперсный керамический материал в термопаре MgO должен быть очень плотно упакован, чтобы свести к минимуму пустоты, чтобы исключить контакт между проводом или оболочкой. Когда проволока и огнеупорная оболочка обжимаются или раскатываются до нужного размера, их также необходимо должным образом термически обработать и равномерно охладить, чтобы устранить влияние любой холодной обработки термопары. Термопара должна быть упакована в герметичную пластиковую упаковку, чтобы предотвратить загрязнение посторонней влажностью, если предполагается длительное хранение. Кроме того, MgO не следует хранить во влажной среде в течение длительного периода времени.

Двумя основными методами производства термопар с оксидом магния являются методы наполнения порошком и измельчения изолятора. Заполнение методом «Power fill» дает менее дорогой, но худший продукт, имеющий более высокую вероятность образования пустот (более низкая плотность уплотнения) и неравномерного расстояния между проволоками. Измельченный изолятор обеспечивает равномерное уплотнение и разделение проводов, но обычно стоит дороже. Процесс более высокого качества может быть лучшим выбором, если приложение имеет вибрацию или термоциклирование. Ниже приведены несколько советов по использованию MgO:

• Датчики MgO идеально подходят для мониторинга технологических нагрузок. Однако рекомендуется сводить изгибы к минимуму и сохранять радиусы изгиба как можно большими. Изгиб MgO снижает сопротивление изоляции в месте изгиба и вызывает нежелательную холодную обработку провода. Старайтесь не допускать изгибов под прямым углом и перегибов. Если сопротивление изоляции становится слишком низким, на изгибе образуется нежелательный вторичный измерительный переход. Как показывает практика, вы можете согнуть оправку в два раза больше диаметра датчика, но не можете сделать это вручную. Радиус изгиба должен составлять 25 мм или больше.
• При установке MgO используйте правило, в 10 раз превышающее диаметр оболочки. Следует использовать погружение минимум в 10 раз больше наружного диаметра защитной трубки или кабеля MI.
• В высокотемпературных печах неподдерживаемая горизонтальная управляющая пара MgO может не поддерживать себя и может опускаться.
• В случаях, когда кожух печи горячий, используйте MgO консервативной длины. Эпоксидная смола на торцевом уплотнении MgO треснет, если термопара будет слишком короткой, а эпоксидная смола станет слишком горячей, что позволит влаге проникнуть на конец MgO, что приведет к ошибкам считывания и преждевременному выходу из строя.

Нагрузочные термопары

Покупка нагрузочных термопар большого диаметра может быть непрактичной, потому что они должны быть гибкими и используются только несколько раз, а затем выбрасываются. Проволока диаметром 3 мм имеет сопротивление примерно 20 Ом, а проволока диаметром 1,5 мм имеет сопротивление примерно 80 Ом. При повышении температуры электрическое сопротивление изоляции уменьшается, а сопротивление провода увеличивается. Длинные термопары в очень горячих средах могут привести к образованию нежелательного вторичного спая и ошибочно заниженным показаниям.

Удлинительный провод термопары

Провод, соединяющий термопару с прибором, может быть выполнен из того же материала, что и термопара, с теми же характеристиками. Однако это не всегда самый экономичный способ доставки сигнала к прибору, поэтому часто выбирается менее дорогой материал-заменитель. Провода для термопар имеют три основных сорта:

• Проволока для термопар — из того же материала, что и сенсоры. Этот провод имеет характеристики ЭДС, соответствующие установленным температурам в зависимости от таблиц ЭДС.
• Удлинительный провод — обычно используется для подключения датчика термопары к приборам. Этот провод имеет аналогичный химический состав и характеристики ЭДС, аналогичные материалам для термопар, в ограниченном диапазоне температур.
• Компенсирующая марка — содержит сплавы, которые имеют характеристики ЭДС, аналогичные сплаву термопары. Компенсирующие материалы обычно являются недорогой альтернативой удлинительным выводным проводам. Примером может служить медно-никелевый сплав, используемый в качестве компенсационного свинцового провода для высокотемпературной термопары из платинового сплава.
• Ключом к долгому сроку службы удлинительного провода является качество изоляции проводов и внешнего кожуха. Хотя это может значительно повлиять на цену провода, большое количество количества прядей волокна на см длины приводит к получению плотно намотанного и прочного провода.

Проблемы, связанные с удлинением проводов, часто встречающиеся в рабочих условиях, включают использование медного провода для подключения термопары к прибору, использование разъемов без компенсирующих контактов в областях температурных градиентов, изменение ориентации «+» и «-», отсутствие поддержки в системе, не соответствие типа калибровки в зависимости от возможностей контрольно-измерительной аппаратуры, наличие силовых и сенсорных проводов в одном кабелепроводе или в непосредственной близости друг от друга, а также электрические помехи, индуцированные в цепи термопары.

В компании Термоэлемент вы можете приобрести термопары типов К, J или L, изготовленные в различных формах с нужными вам размерами. Также у нас в каталоге доступны термокомпенсационные провода для удлинения вывода термопары. Если у вас остались вопросы – свяжитесь с нами по телефону или по электронной почте, мы разъясним все нюансы, связанные с выбором и эксплуатацией термопар.

2.13. Сплавы высокого сопротивления и сплавы для термопар

Сплавы высокого сопротивления. Сплавами высокого сопротивления называют проводниковые материалы, у которых значения ρ в нормальных условиях составляют не менее 310^–7 Омм. Их применяют при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов, реостатов и электронагревателей. Среди большого количества материалов для указанных целей наиболее распространёнными в практике являются сплавы на медной основе – манганин и константан, а также хромоникелевые и железохромоалюминиевые сплавы.

Манганин – сплав на медной основе для электроизмерительных приборов и образцовых резисторов (состав и свойства приведены в табл. 2.1). Манганин имеет желтоватый оттенок, хорошо вытягивается в тонкую проволоку до диаметра 0,02 мм.

Для получения малого и высокой стабильности сопротивления во времени манганин подвергают термической обработке – отжигу при 350 … 550С в вакууме с последующим медленным охлаждением и дополнительной длительной выдержкой при комнатной температуре.

Константан – сплав меди и никеля (табл. 2.1). Константан хорошо поддаётся обработке; его можно протягивать в проволоку и прокатывать в ленту тех же размеров, что и из манганина.

Константан применяют для изготовления реостатов и электронагревательных элементов в тех случаях, когда рабочая

температура не превышает 400 … 450С.

При нагреве до достаточно высокой температуры на поверхности костантана образуется плёнка окисла, которая обладает электроизоляционными свойствами (оксидная изоляция). Покрытую такой изоляцией константановую проволоку можно наматывать плотно, виток к витку, без особой изоляции между витками, если только напряжение между соседними витками не превышает 1 В. Таким образом изготавливают, например, реостаты. Для окисления константановой проволоки требуется быстрый (не более 3 с) нагрев до температуры 900С с последующим охлаждением на воздухе.

Хромоникелевые сплавы (нихромы) (табл. 2.1) используют для изготовления нагревательных элементов электрических

печей, плиток, паяльников и т.д.

Высокая жаростойкость нихрома объясняется стойкостью этого сплава к окислению на воздухе при высоких температурах. Стойкость при высоких температурах на воздухе объясняется близкими значениями температурных коэффициентов линейного расширения сплавов и их окисных плёнок. Поэтому последние не растрескиваются и не отделяются от сплава.

Срок службы нагревательных элементов можно увеличить, если заделать спирали в твёрдую инертную среду типа глины-

шамота, предохраняющую их от механических воздействий и затрудняющую доступ кислорода.

Окисные плёнки на поверхности нихрома имеют небольшие и стабильные в широком интервале температур контактные сопротивления даже при малых контактных усилиях. Благодаря этому тонкая пластичная нихромовая проволока используется для изготовления миниатюрных высокоомных переменных резисторов с хорошими техническими характеристиками.

Термопары, термопреобразователи сопротивления — выбор, подключение, установка. Низкая цена

Содержание статьи:

Описание и характеристики

Термопара — это прибор, состоящий из двух различных проводников, которые соединяются в одной или нескольких точках компенсационными проводами. Когда на одном конце провода происходит измерение температуры, на другом создается напряжение определенного значения и силы. Это устройство используется для контроля температуры, а также для преобразования температуры в электрический ток.

Стоит термодатчик совсем недорого. Этот прибор вполне стандартный и измеряет большой диапазон температур. Единственным минусом в работе элемента является неточность, которая может составлять до 1 °C, а это немало для таких значений.

Сделать термопару в домашних условиях не составит труда. Необходимо только помнить, что эти устройства создаются из специальных сплавов, поэтому прослеживается предсказуемая и стойкая зависимость между напряжением и температурой.

Датчики бывают разных типов. Они классифицируются по типу используемых металлов для сплава:

1. хромель — алюмелевые;
2. платинородий — платиновые.

От состава зависит и среда применения, ведь такие контроллеры используют как в науке и промышленности, так и в домашних условиях — для котлов, колонок, духовых шкафов.

Конструкции термопар

Существует две основные разновидности конструкций термопар.

• С применением изоляционного слоя. Данная конструкция термопары предусматривает изолирование рабочего слоя устройства от электрического тока. Подобная схема позволяет использовать термопару в технологическом процессе без изоляции входа от земли.

• Без применения изоляционного слоя. Такие термопары могут подключаться лишь к измерительным схемам, входы которых не имеют контакта с землей. Если данное условие не соблюдается, в устройстве возникнет две независимых замкнутых схемы, в результате чего показания, полученные с помощью термопары, не будут соответствовать действительности.

Типы термопары

В определенных условиях, легко создается термопара своими руками, но необходимо знать, какие бывают виды данных устройств, в частности, чем отличаются модели ТХА, ТХК, ТПП, ТВР, ТЖК, ТПР, ТСП. Они распределятся как:

1. Тип E

Сплав хромель – константан. Данное соединение имеет высокую производительность (68 мкВ / ° C), что делает его подходящим для криогенного использования. Кроме того, он является немагнитным. Диапазон температур составляет от -50 ° С до +740 ° С.

1. Тип J

Это железо – константан. Здесь область работы немного уже от -40 ° C до +750 ° C, но выше чувствительность – около 50 мкВ / ° С.

1. Тип K

Это термопары, которые создан из сплав хромель алюминий. Они являются наиболее распространенными устройствами общего назначения с чувствительностью около 41 мкВ / ° C. Эти приборы могут работать в пределах -200 ° С до 1350 ° C / -330 ° F до +2460 ° F.

Фото – термопары хромель-алюмель

Термопары тип K могут быть использованы включительно до 1260 ° С в неокисляющих или инертных атмосферах без появления быстрого старения. В незначительно окислительной среде (например, углекислом газе) между 800 ° C-1050 ° С, проволока из хромеля быстро разъедается и становится намагниченной, также это явление известное как «зелена гниль». Это вызывает большое и постоянное ухудшение работы регулятора.

1. Тип M

Класс термопар M (Ni / Mo 82% / 18% – Ni / Co 99,2% / 0,8%, по весу) используется в вакуумных печах. Максимальная температура составляет до 1400 ° С.

1. Тип N

Никросил-нисиловые термопары являются подходящими для использования между -270 ° C и 1300 ° C, вследствие его стабильности и стойкости к окислению. Чувствительность около 39 мкВ / °С.

1. Сплавы родия и платины

Платиновые термопары типа B, R, и S являются одними из самых стабильных термопар, но имеют более низкую термоЭДС, чем другие типы, всего около 10 мкВ / ° С. Класс B, R, и S обычно применяется только для измерения высоких температур из-за их высокой стоимости и низкой чувствительности.

1. Тип B, S, C

Обозначение B у термопары означает, что в её состав входят такие металлы, как Pt / Rh 70% / 30% – Pt / Rh 94% / 6%, подходят для использования в среде до 1800 ° C. Класс S применяются до 1600 градусов, в то время как C до 1500.

1. Сплавы рения и вольфрама

Эти термопары хорошо подходят для измерения очень высоких температур. Типичная область их применения – то автоматика промышленных процессов, производство водорода, вакуумные печи (особенно перед выходом обрабатываемого материала). Но ими нельзя работать в кислотных средах.

Применение термопар

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в качестве датчика температуры в автоматизированных системах управления. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры[2]. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

Для контроля пламени и защиты от загазованности в газовых котлах и в других газовых приборах (например, бытовые газовые плиты). Ток термопары, нагреваемой пламенем горелки, удерживает в открытом состоянии газовый клапан. В случае пропадания пламени ток термопары снижается и клапан перекрывает подачу газа.

В 1920—1930-х годах термопары использовались для питания простейших радиоприемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т. п.) с использованием открытого огня.

Приёмник излучения

Крупный план термобатареи фотоприёмника. Каждый из проволочных уголков представляет собой термопару.

Исторически термопары представляют один из наиболее ранних термоэлектрических приёмников излучения[3]. Упоминания об этом их применении относятся к началу 1830-х годов[4]. В первых приёмниках использовались одиночные проволочные пары (медь — константан, висмут — сурьма), горячий спай находился в контакте с зачернённой золотой пластинкой. В более поздних конструкциях стали применяться полупроводники.

Термопары могут включаться последовательно, одна за другой, образуя термобатарею (англ.). Горячие спаи при этом располагают либо по периметру приёмной площадки, либо равномерно по её поверхности. В первом случае отдельные термопары лежат в одной плоскости, во втором параллельны друг другу[5].

Преимущества термопар

• Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С).
• Большой температурный диапазон измерения: от −250 °C до +2500 °C.
• Простота.
• Дешевизна.
• Надёжность.

Недостатки

• Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового датчика и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
• (в момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).
• Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
• Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
• На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Достоинства и недостатки

Термопары обладают многими достоинствами в сравнении с аналогичными термоэлектрическими датчиками температуры. К плюсам, например, относят:

• простая конструкция;
• прочность;
• надёжность;
• универсальность;
• низкая стоимость;
• можно пользоваться в самых разных условиях;
• можно измерять самые разные температуры;
• точность произведенных измерений.

Однако, как и любой другой прибор, эти датчики имеют свои недостатки:

• довольно низкое напряжение на выходе;
• нелинейность.

Измерение температур с использованием термопар, изобретенное еще в XIX веке, достаточно широко применяется в современном производстве. Кроме того, существуют такие сферы деятельности, где применение этих датчиков становится порой единственным возможным способом получения необходимых измерений.

Бегущая термопара и ее применение

Существует отдельная разновидность данного устройства, именуемая «бегущей». Принцип действия бегущей термопары мы сейчас рассмотрим более подробно.

Эта конструкция применяется в основном для определения температуры стальной заготовки при ее обработке на токарных, фрезерных и иных подобных станках.

Следует отметить, что в данном случае возможно использование и обычной термопары, однако, если процесс изготовления требует высокой точности температурного режима, бегущую термопару трудно переоценить.

При применении данного метода в заготовку заранее запаивают ее контактные элементы. Затем, в процессе обработки болванки, данные контакты постоянно подвергаются воздействию резца или иного рабочего инструмента станка, в результате чего спай (который является главным элементом при снятии температурных показателей) как бы «бежит» по контактам.

Этот эффект повсеместно применяется в металлообрабатывающей промышленности.

Технологические особенности конструкций термопар

При изготовлении рабочей схемы термопары производится спайка двух металлических контактов, которые, как известно, изготовлены из разных материалов. Место соединения носит название «спай».

Следует отметить, что делать данное соединение с помощью спайки необязательно. Достаточно просто скрутить вместе два контакта. Но такой не будет обладать достаточным уровнем надежности, а также может давать погрешности при снятии температурных показателей.

Если необходимо измерение высоких температур, спайка металлов заменяется на их сварку. Это связано с тем, что в большинстве случаев припой, применяемый при соединении, имеет низкую температуру плавления и разрушается при превышении ее уровня.

Схемы, при изготовлении которых была применена сварка, выдерживают более широкий диапазон температуры. Но и этот способ соединения имеет свои недостатки. Внутренняя структура металла при воздействии высокой температуры в процессе сваривания может измениться, что повлияет на качество получаемых данных.

Кроме того, следует контролировать состояние контактов термопары в процессе ее эксплуатации. Так, возможно изменение характеристик металлов в схеме вследствие воздействия агрессивной окружающей среды. Может произойти окисление либо взаимная диффузия материалов. В подобной ситуации следует заменить рабочую схему термопары.

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный.
В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.
Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик:

— Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
— Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
— При использовании длинных удлинительных проводов, во избежание наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
— По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
— Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
— Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
— Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Сравнение термопар

Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопар[7]. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью В±0,0025 Г—T имела бы точность В±2,5 В°C в 1000 В°C.

Тип термопары IEC (МЭК)	Материал положительного электрода	Материал отрицательного электрода	Темп. коэффициент, μV/°C	Температурный диапазон °C (длительно)	Температурный диапазон °C (кратковременно)	Класс точности 1 (°C)	Класс точности 2 (°C)	IEC (МЭК) Цветовая маркировка
K	Хромель Cr—Ni	Алюмель Ni—Al	40…41	0 до +1100	−180 до +1300	±1,5 от −40 °C до 375 °C±0,004×T от 375 °C до 1000 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C	Зелёный-белый
J	Железо Fe	Константан Cu—Ni	55.2	0 до +700	−180 до +800	±1,5 от −40 °C до 375 °C±0,004×T от 375 °C до 750 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C±0,T от 333 °C до 750 °C	Чёрный-белый
N	Никросил Ni—Cr—Si	Нисил Ni—Si—Mg		0 до +1100	−270 до +1300	±1,5 от −40 °C до 375 °C±0,004×T от 375 °C до 1000 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C	Сиреневый-белый
R	Платинородий Pt—Rh (13 % Rh)	Платина Pt		0 до +1600	−50 до +1700	±1,0 от 0 °C до 1100 °C±[1 + 0,003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C	Оранжевый-белый
S	Платинородий Pt—Rh (10 % Rh)	Платина Pt		0 до 1600	−50 до +1750	±1,0 от 0 °C до 1100 °C±[1 + 0,003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C	Оранжевый-белый
B	Платинородий Pt—Rh (30 % Rh)	Платинородий Pt—Rh (6 % Rh)		+200 до +1700	0 до +1820		±0,0025×T от 600 °C до 1700 °C	Отсутствует
T	Медь Cu	Константан Cu—Ni		−185 до +300	−250 до +400	±0,5 от −40 °C до 125 °C±0,004×T от 125 °C до 350 °C	±1,0 от −40 °C до 133 °C±0,0075×T от 133 °C до 350 °C	Коричневый-белый
E	Хромель Cr—Ni	Cu—Ni	68	0 до +800	−40 до +900	±1,5 от −40 °C до 375 °C±0,004×T от 375 °C до 800 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C±0,0075×T от 333 °C до 900 °C	Фиолетовый-белый

Недостатки термопары

Недостатков у термопары не так много, в особенности если сравнивать с ближайшими конкурентами (температурными датчиками других типов), но все же они есть, и было бы несправедливо о них умолчать.

Так, разность потенциала измеряется в милливольтах. Поэтому необходимо применять весьма чувствительные потенциометры. А если учесть, что не всегда приборы учета можно разместить в непосредственной близости от места сбора экспериментальных данных, то приходится применять некие усилители. Это доставляет ряд неудобств и приводит к лишним затратам при организации и подготовке производства.

Типы термопар

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94. Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров — номинальные статические характеристики преобразования (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

• платинородий-платиновые — ТПП13 — Тип R
• платинородий-платиновые — ТПП10 — Тип S
• платинородий-платинородиевые — ТПР — Тип B
• железо-константановые (железо-медьникелевые) ТЖК — Тип J
• медь-константановые (медь-медьникелевые) ТМКн — Тип Т
• нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые) ТНН — Тип N.
• хромель-алюмелевые — ТХА — Тип K
• хромель-константановые ТХКн — Тип E
• хромель-копелевые — ТХК — Тип L
• медь-копелевые — ТМК — Тип М
• сильх-силиновые — ТСС — Тип I
• вольфрам и рений — вольфрамрениевые — ТВР — Тип А-1, А-2, А-3

Точный состав сплава термоэлектродов для термопар из неблагородных металлов в МЭК 60584-1 не приводится. НСХ для хромель-копелевых термопар ТХК и вольфрам-рениевых термопар определены только в ГОСТ Р 8.585-2001. В стандарте МЭК данные термопары отсутствуют. По этой причине характеристики импортных датчиков из этих металлов могут существенно отличаться от отечественных, например импортный Тип L и отечественный ТХК не взаимозаменяемы. При этом, как правило, импортное оборудование не рассчитано на отечественный стандарт.

В настоящее время стандарт МЭК 60584 пересматривается. Планируется введение в стандарт вольфрам-рениевых термопар типа А-1, НСХ для которых будет соответствовать российскому стандарту, и типа С по стандарту АСТМ.

В 2008 г. МЭК ввел два новых типа термопар: золото-платиновые и платино-палладиевые. Новый стандарт МЭК 62460 устанавливает стандартные таблицы для этих термопар из чистых металлов. Аналогичный Российский стандарт пока отсутствует.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Потенциометр

Общие понятия и конструкция

Термопара ГОСТ Р 8.585-2001 представляет собой устройство для измерения температуры, которое состоит из двух разнородных проводников, контактирующих друг с другом в нескольких или одной точке, которые иногда соединяют компенсационные провода. В тот момент, когда на одном из таких участков изменяется температура, создается определенное напряжение. Термопары часто используются для контроля температур разнообразных сред, а также для конвертации температуры в энергию, в частности, в электрический ток.

Виды термопар

Коммерческий преобразователь стоит доступно, является полностью взаимозаменяемым, оснащен стандартными разъемами и может измерять широкий диапазон температур. В отличие от большинства других методов измерения градусов, термопары с автономным питанием не требуют внешнего способа возбуждения. Основным ограничением при работе термопар является точность; вполне возможны ошибки вплоть до одного градуса по Цельсию, что достаточно много для стандартного измерителя или контроллера.

Фото – Вид термопары

Основные параметры прибора зависят от материала. Любой узел из разнородных металлов будет производить электрический потенциал, относящийся к определенной температуре и образующий сопротивление. Термопары для практического измерения температуры созданы из конкретных сплавов, имеющих предсказуемую и повторяемую зависимость между температурой и напряжением. Различные сплавы используются для различных температурных диапазонов, если Вы хотите купить термопару, то предварительно обязательно проконсультируйтесь с продавцом-консультантом выбранной компании.

Существуют разные типы термопары, очень важно обращать внимание также на стойкость к коррозии. Если точка измерения находится далеко от измерительного прибора, промежуточное соединение может быть выполнено путем расширения проводов, которые являются менее дорогостоящими, чем материалы, используемые, чтобы сделать датчик

Приспособления обычно стандартизованы по отношению к эталонной температуре 0 градусов по Цельсию; производственные компании часто используют электронные методы компенсации холодного спая для корректировки изменения температуры на клеммах прибора. Электронные приборы могут также компенсировать прочие различные характеристики термопары, тем самым улучшить точность и достоверность измерений.

Фото – Термопара для котла

Применение термопары достаточно широкое: их используют в науке и промышленности; приспособлениями можно осуществлять измерение температуры для печей, газовой колонки, спая, газовых турбин выхлопных газов, дизельных двигателей и других промышленных процессов. Данные устройства термосопротивления также используются в частных домах, офисах и предприятий. Также они могут заменить термостаты в АОГВ и прочих газовых отопительных приборах.

Согласно правилу Зеебека, если проводник подвергается воздействию, его сопротивление и напряжение изменяется – это называется термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. Любая попытка измерить это напряжение обязательно включает подключение другого проводника к «горячему» концу термопары. Этот дополнительный гибкий провод, потом также может стать градиентом температуры, а также разработать собственное напряжение, которое будет противостоять текущему. Величина этой разности напрямую зависит от металла, который используется при работе. Использование разнородных сплавов для замыкания цепи создает новую цепь, в которой два конца могут генерировать различные напряжения, в результате чего образуется небольшое различие в напряжении, доступные для измерения. Это различие увеличивается с ростом температуры и составляет от 1 до 70 микровольт на градус Цельсия (мкВ / ° C) для стандартных сочетаний металлов.

Фото – Принцип работы термопары

Напряжение не генерируется на стыке двух металлов термопары, а вдоль этой части длины двух разнородных металлов, подверженного градиента температуры. Поскольку обе длины разнородных металлов испытывают один и тот же температурный градиент, конечный результат является результатом измерения разности температур между термопарой и спаем. Пока контакт находится в постоянной температуре, это не имеет значения, каким образом узел изготовл

Термопара — Thermocouple — qaz.wiki

Термопара, подключенная к мультиметру, отображающему температуру в помещении в ° C

Термопара представляет собой электрическое устройство , состоящее из двух разнородных электрических проводников , образующих электрический переход . Термопара создает зависящее от температуры напряжение в результате термоэлектрического эффекта , и это напряжение можно интерпретировать как измерение температуры . Термопары — широко используемый тип датчика температуры .

Коммерческие термопары недороги, взаимозаменяемы, поставляются со стандартными разъемами и могут измерять широкий диапазон температур. В отличие от большинства других методов измерения температуры, термопары имеют автономное питание и не требуют внешнего возбуждения. Основное ограничение термопар — точность; Системные ошибки менее одного градуса Цельсия (° C) могут быть труднодостижимыми.

Термопары широко используются в науке и промышленности. Приложения включают измерение температуры обжиговых печей , выхлопных газов газовых турбин , дизельных двигателей и других промышленных процессов. Термопары также используются в домах, офисах и на предприятиях в качестве датчиков температуры в термостатах , а также в качестве датчиков пламени в предохранительных устройствах для газовых приборов.

Принцип действия

В 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что, когда разные металлы соединяются на концах и между соединениями существует разница температур, наблюдается магнитное поле. В то время Зеебек называл это следствие термомагнетизмом. Позже было показано, что наблюдаемое им магнитное поле возникает из-за термоэлектрического тока. На практике представляет интерес напряжение, генерируемое на единственном стыке двух разных типов проводов, поскольку его можно использовать для измерения температуры при очень высоких и низких температурах. Величина напряжения зависит от типа используемого провода. Как правило, напряжение находится в диапазоне микровольт, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы получить пригодное для использования измерение. Несмотря на то, что ток протекает очень мало, мощность может генерироваться одним спайом термопары. Производство электроэнергии с использованием нескольких термопар, как в термобатареи , является обычным явлением.

Термопара типа К ( хромель — алюмель ) в стандартной конфигурации измерения термопары. Измеренное напряжение можно использовать для расчета температуры , если температура известна. V {\ displaystyle \ scriptstyle V} Т s е п s е {\ Displaystyle \ scriptstyle Т _ {\ mathrm {смысл}}} Т р е ж {\ displaystyle \ scriptstyle T _ {\ mathrm {ref}}}

Стандартная конфигурация для использования термопары показана на рисунке. Вкратце, желаемая температура T _sense получается с использованием трех входов — характеристической функции E ( T ) термопары, измеренного напряжения V и температуры T _ref . Решение уравнения E ( T _sense ) = V + E ( T _ref ) дает значение T _sense . Эти детали часто скрыты от пользователя, поскольку блок эталонного спая (с термометром T _ref ), вольтметр и программа для решения уравнений объединены в один продукт.

Физический принцип: эффект Зеебека

Эффект Зеебека относится к электродвижущей силе всякий раз, когда в проводящем материале есть градиент температуры. В условиях холостого хода, когда отсутствует внутренний ток, градиент напряжения ( ) прямо пропорционален градиенту температуры ( ): ∇ V {\ displaystyle \ scriptstyle {\ boldsymbol {\ nabla}} V} ∇ Т {\ displaystyle \ scriptstyle {\ boldsymbol {\ nabla}} T}

∇ V знак равно — S ( Т ) ∇ Т , {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ nabla}} V = -S (T) {\ boldsymbol {\ nabla}} T,}

где — зависящее от температуры свойство материала, известное как коэффициент Зеебека . S ( Т ) {\ Displaystyle S (T)}

Стандартная конфигурация измерения, показанная на рисунке, показывает четыре температурных диапазона и, следовательно, четыре составляющих напряжения:

1. Изменение от до , в нижней медной проволоке. Т м е т е р {\ displaystyle \ scriptstyle T _ {\ mathrm {meter}}} Т р е ж {\ displaystyle \ scriptstyle T _ {\ mathrm {ref}}}
2. Поменяйте с на в алюмелевом проводе. Т р е ж {\ displaystyle \ scriptstyle T _ {\ mathrm {ref}}} Т s е п s е {\ Displaystyle \ scriptstyle Т _ {\ mathrm {смысл}}}
3. Переход от к , в хромель проволоки. Т s е п s е {\ Displaystyle \ scriptstyle Т _ {\ mathrm {смысл}}} Т р е ж {\ displaystyle \ scriptstyle T _ {\ mathrm {ref}}}
4. Изменение от до , в верхней медной проволоке. Т р е ж {\ displaystyle \ scriptstyle T _ {\ mathrm {ref}}} Т м е т е р {\ displaystyle \ scriptstyle T _ {\ mathrm {meter}}}

Первый и четвертый вклады полностью компенсируются, потому что эти области включают одинаковое изменение температуры и идентичный материал. В результате не влияет на измеренное напряжение. Второй и третий вклады не отменяются, так как в них задействованы разные материалы. Т м е т е р {\ displaystyle \ scriptstyle T _ {\ mathrm {meter}}}

Измеренное напряжение оказывается равным

V знак равно ∫ Т р е ж Т s е п s е ( S + ( Т ) — S — ( Т ) ) d Т , {\ displaystyle V = \ int _ {T _ {\ mathrm {ref}}} ^ {T _ {\ mathrm {sense}}} \ left (S _ {+} (T) -S _ {-} (T) \ right) \, dT,}

где и — коэффициенты Зеебека проводников, подключенных к положительной и отрицательной клеммам вольтметра соответственно (хромель и алюмель на рисунке). S + {\ displaystyle \ scriptstyle S _ {+}} S — {\ displaystyle \ scriptstyle S _ {-}}

Характеристическая функция

Нет необходимости выполнять интеграл для каждого измерения температуры. Скорее, поведение термопары фиксируется характеристической функцией , с которой нужно обращаться только к двум аргументам: E ( Т ) {\ Displaystyle \ scriptstyle E (T)}

V знак равно E ( Т s е п s е ) — E ( Т р е ж ) . {\ displaystyle V = E (T _ {\ mathrm {sense}}) — E (T _ {\ mathrm {ref}}).}

В терминах коэффициентов Зеебека характеристическая функция определяется как

E ( Т

Типы термопар из неблагородных металлов и их особенности

1. Тип К (хромель-алюмель)

Используется для измерения температур в диапазоне от -200 °С до +1000 °С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектродной проволоки).

В диапазоне температур от 200 до 500 °С может возникнуть эффект гистерезиса, когда показания при нагревании и охлаждении могут различаться. В некоторых случаях разница достигает 5 °С.

Работает в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода.

После термического старения показания снижаются.

Может произойти изменение термо-ЭДС при использовании в разряженной атмосфере, т.к. хром может выделяться из Ni-Cr вывода (так называемая миграция). При это термопара показывает заниженную температуру.

Атмосфера серы вредна для термопары, т.к. воздействует на оба электрода.

2. Тип L (хромель-копель)

Используется для измерения температур в диапазоне от -200 °С до +800 °С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектродной проволоки).

3. Тип Е (хромель-константан)

Используется для измерения температур в диапазоне от -40 °С до +900 °С.

Обладает высокой чувствительностью, что является плюсом.

Материалы электродов обладают термоэлектрической однородностью.

4. Тип Т (медь-константан)

Используется для измерения температур в диапазоне от -250 °С до +300 °С.

Может работать в атмосфере с небольшим избытком или недостатком кислорода.

Не рекомендуется использование термопар данного типа при температурах выше 400 °С.

Не чувствительна к повышенной влажности.

Оба вывода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.

5. Тип J (железо-константан)

На железном выводе может образоваться ржавчина из-за конденсации влаги.

Хорошо работает в разряженной атмосфере.

Максимальная температура применения — 500 °С, т.к выше этой температуры происходит быстрое окисление выводов. Оба вывода быстро разрушаются в атмосфере серы.

Показания повышаются после термического старения.

Невысокая стоимость, т.к. в состав термопары входит железо.

6. Железо-копель

Используется для измерения температур в диапазоне от 0 до 760 °C.

7. Тип А (вольфраморениевый сплав ВР — вольфраморениевый сплав ВР)

Используется для измерения высоких температур от 0 до 2500 °C в инертной среде.

8. Тип N (нихросил-нисил)

Это относительно новый тип термопары, разработанный на основе термопары типа К. Термопара типа К может легко загрязняться примесями при высоких температурах. Сплавляя оба электрода с кремнием, можно тем самым загрязнить термопару заранее, и таким образом снизить риск дальнейшего загрязнения во время работы.

Рекомендуемая рабочая температура до 1200 °С (зависит от диаметра проволоки), возможна кратковременная работа при 1250 °С.

Высокая стабильность при температурах от 200 до 500 °С (значительно меньший гистерезис, чем для термопары типа К).

Считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.

Типы термопар из благородных металлов и их особенности

1. Тип В (платинородий-платинородиевая)

Максимальная температура, при которой может работать термопара, составляет 1500 °С (зависит от диаметра проволоки).

Кратковременное использование возможно до 1750 °С.

Присутствует эффект загрязнения водородом, кремнием, парами меди и железа при температурах выше 900 °С. Но данный эффект меньше, чем для термопар типа S и R.

При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.

Может работать в окислительной среде.

Не рекомендуется применение при температуре ниже 600 °С, где термо-ЭДС очень мала и нелинейна.

2. Тип S (платинородий-платиновая)

Максимальная температура, при которой может работать термопара, составляет 1350 °С.

Кратковременное использование возможно до 1600 °С.

Присутствует эффект загрязнения водородом, углеродом, парами меди и железа при температурах выше 900 °С. При содержании в платиновом электроде 0,1% железа, тером-ЭДС изменяется более, чем на 1 мВ (100°С) при 1200 °С и 1,5 мВ (160 °С) при 1600 °С. Такая же картина наблюдается при загрязнении медью. Вывод: термопары данного типа нельзя армировать стальной трубкой или следует изолировать электроды от трубки газонепроницаемой керамикой.

Может работать в окислительной атмосфере.

При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.

Не рекомендуется применение ниже 400 °С, т.к термо-ЭДС в этой области мала и крайне нелинейна.

3. Тип R (платинородий-платиновая)

Обладает такими же свойствами, что и термопары типа S.

Что такое термопара: виды, характеристики и принцип работы термопары лабораторных печей

Промышленные и лабораторные печи используются для подготовки и обработки различных материалов. Техника выполняет множество термозадач. Измерить степень прогрева, соответственно контролировать рабочие процессы, легко при помощи термопары. Можно приобрести уже готовый элемент или создать его собственноручно.

Термопары имеют различные граничные показатели, что позволяет подобрать вариант, работающий с определенным температурным диапазоном

Особенности термопары для муфельной печи

Термопара для электропечи – это деталь, позволяющая измерять температуру в различных, в том числе и экстремальных условиях. Выполняется элемент из двух спаянных в одной точке проводников. Проволока изготавливается из спецсплавов. Нагреваясь, основа вырабатывает электричество. Чем выше температура в камере, тем больше милливольт образуется.

Термопара выполняется из двух проводников, которые выполнены из разных сплавов. Соединяются они между собой исключительно с одной стороны

Выпускаются термопары в разном исполнении, отличаться может:

• Толщина электродов.
• Материал проводов.
• Внешняя оболочка.
• Клемника и т.д.

Tермопарная оболочка выполняется как из специализированных сплавов, так и керамики

Конструктивные особенности термопары

Перед тем, как сделать термопару убедитесь, что выбранный способ исполнения подойдет для предполагаемых производственных условий. Тип конструкции напрямую отражается на:

• Максимальной рабочей температуре.
• Среде применения.
• Эксплуатационном сроке.

Из конструктивных особенностей заострить внимание стоит на:

• Соединении. Электродные кончики скручиваются между собой и скрепляются в одной точке. Для этого применяют сварку или пайку. Тугоплавкую проволоку нередко соединяют скруткой, не сваривая. При этом стыковка возможна исключительно в рабочем спае. По длине необходимо оградить провода от взаимодействия.
• Изоляции. Как изолировать электроды, зависит от наибольшего температурного предела. Для максимальной отметки от +100°С до +120°С может применяться любой способ, в том числе и воздушный. Если отметка достигает +1300°С, используют фарфоровые одно- и двухканальные трубки. Пирометрическая керамика не подойдет для более высоких температур, она может размягчиться. В этом случае рекомендуются трубки из окиси алюминия, выдерживающие до +1950°С. Для t° от +2000°С применяют изоляцию из окиси магния или бериллия, а также двуокиси тория или циркония.
• Внешней защите. Обязательно нужно учитывать рабочую среду. Термопару защищают при помощи металлической, керамической или металлокерамической трубки-чехла с закрытым концом. Благодаря ей обеспечивается механическая стойкость элемента, его герметичность.

Создавая электропечь для промышленных целей, важно правильно подобрать защитный материал термопары. Убедитесь, что он сможет выдержать длительное пребывание в граничных температурах. Учитывается степень стойкости к химической среде, газонепроницаемость и теплопроводность

На чем основан принцип работы термопары

Как работает термопара – принцип работы базируется на термоэлектрике. Его действие заключается в следующем:

• Между спаянными элементами образуется контактное отличие потенциалов.
• Когда участки состыкованных в цепь проводов с равным нагревом, сумма разностей – ноль.
• Если спайки имеют не одинаковую отметку нагрева, отличие потенциалов будет зависеть от имеющегося термопоказателя.

Как работает термопара – схема подключения измерителя градации температур в муфельной печи

Показатель пропорциональности – это коэффициент термо-ЭДС. Если отметка 0, значит ток не течет. Если величина выше или ниже ноля – между концами появится перепад потенциалов.

Принцип действия термопары легко рассмотреть на примере эффекта Зеебека. Спайки из сплава с не нулевыми коэффициентами термо-ЭДС, помещены в зону с определенной t° – T1. Получаем напряжение, возникшее между нашими контактами. Возникает другая термоотметка – T2. Показатель будет соответствовать разности температур T1 и T2

Основные виды термопар

Применяются термопары в оборудовании различного назначения. Поэтому для проводников используются разнообразные сплавы, характеристики которых позволяют предельно точно длительно или кратковременно определять температуру в среде.

Согласно ГОСТ термопары делят на категории ТСП, ТНН, ТМК, ТПР, ТМК, ТЖК, ТВР, ТПП, ТХК и ТХА. Их подразделяют на подгруппы, учитывая материалы для проводников и предельные температуры:

Тип	Сплавы	Максимальная температура	Свойства
Е	Константан / Хромель	+800°С	Немагнитное соединение, характеризующееся высокой производительностью
J	Железо / Константан	+700°С	Сплав отличается чувствительностью к изменению температур
К	Алюмель / Хромель	+1100°С	Подходит для инертных и неокисляющих атмосфер
М	Медь / Копель	+1300°С	Применяется для вакуумных печей.
N	Нихросил / Нисил	+1100°С	Универсальны, характеризуются высокой стабильностью
В, R, S	Родий / Платина	+1700°С	Используется для вакуумной, газовой и окисленной среды

Таблица основных классов и характеристики термопар

Как выбрать термопару для муфельной печи

Если Вам необходима термопара для муфельной печи, при выборе подходящей модели обратите внимание на:

• Длину проводника.
• Диаметр измерительного штыря.
• Сечение провода.
• Диапазон температур.
• Стабильность показателей.

При выборе термопары для лабораторных или промышленных муфельных печей, обязательно учитывайте максимальные рабочие температуры и длительность процессов

Как сделать термопару

Независимо от того, создаете вы электропечь своими руками, или заменяете поврежденные элементы, важно соблюдать правила установки всех деталей. Подключение термопары к преобразователю может осуществляться одним из вариантов:

• Дифференциальным. Применяются два спаянных проводника, с разными ЭДС коэффициентами. Преобразователь подсоединяется к месту разрыва одного из электродов.
• Простым. Подключение системы выполняется напрямую к двум термо проводам.

Чтобы дистанционно подключить термопары, необходимо выбрать провода. Есть два основных типа

• Компенсационные. Чаще всего применяют для термопар, выполненных из драгсплавов. Их состав отличается от электродного.
• Удлинительные. Выполняются из материала, используемого для электродов, но имеют иное сечение.

Материалы для термопары имеют свои особенности, достоинства и недостатки. Учитывайте все факторы, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант, для конкретных задач

Если Вам нужна многофункциональная, хорошая муфельная печь обращайтесь в ТД «Лабор». Специалисты компании помогут разобраться во всех деталях и подберут оптимальный вариант оборудования, учитывая все производственные нюансы!

Типы термопар

Термопара — это датчик температуры, который используется для измерения температуры в производственных, механических и научных приложениях, а также в бытовых приборах. Термопара может быть полезна для обеспечения надлежащего нагрева поверхностей, таких как сталь или другие металлы или металлические сплавы, для обработки или для измерения, когда контейнер или место слишком горячие и необходимо ввести охлаждающую жидкость.

Термопара работает на основе дифференциальных вычислений от известной точки температуры, называемой холодным или эталонным спаем, и датчика, подключенного к измеряемому устройству.Лабораторные условия допускают естественный холодный спай, но применяемые условия термопары часто требуют использования искусственно созданной постоянной температуры. Поскольку напряжения, возникающие при соединении разнородных металлов, известны и постоянны, они используются в качестве опорных точек в зависимости от их отношения к измерительному переходу. Когда машина определяет эту разницу, она вычисляет температуру и отправляет сообщение на измерительный прибор.

Поскольку разные комбинации металлов вызывают разную температуру, и эти разные металлы имеют разные уровни прочности и прочности, исследователи создали стандартизированные комбинации, чтобы максимально использовать потенциал результатов в стандартизированном наборе комбинаций.

Существует четыре различных классификации пар термопар, наиболее выделяемых заглавными буквами. Это домашний класс, высший класс, редкий класс и экзотический класс. Класс домашнего тела состоит из «стандартных» или обычно используемых металлов, в то время как класс верхней корки представляет все комбинации платины. Класс редких металлов состоит из тугоплавких металлов, а класс экзотических металлов гораздо более специфичен по своей природе, обычно это особые комбинации редких металлов, используемые для определенных применений.

Тип термопары	Состав	Диапазон температур
B	Платина 30% Родий (+)	2500-3100 градусов F
	Платина 6% Родий (-)	1370-1700 градусов C
C	W5Re Вольфрам 5% рений (+)	3000-4200 градусов F
	W26Re Вольфрам 26% рений (-)	1650-2315 градусов C
E	Хромель (+)	200-1650 градусов F
	Константан (-)	95-900 градусов C
J	Железо (+)	200-1400 градусов F
	Константин (-)	95-760 градусов C
K	Хромель (+)	200-2300 градусов F
	Алюмель (-)	95-1260 градусов C
M	Никель (+)	32-2250 градусов F
	Никель (-)	0-1287 градусов C
N	Никросил (+)	1200-2300 градусов F
	Нисил (-)	650-1260 градусов C
R 9002 0	Платина 13% Родий (+)	1600-2640 градусов F
	Платина (-)	870-1450 градусов C
S	Платина 10% Родий (+)	1800-2640 градусов F
	Платина (-)	980-1450 градусов C
900 14 T	Медь (+)	отрицательная 330-660 градусов F
	Constantan (-)	отрицательная 200-350 градусов C

Редкие и экзотические термопары не имеют присвоенных им специальных буквенных кодов, потому что они используются гораздо реже.Однако некоторые из этих комбинаций имеют стандартные диапазоны температур, перечисленные в технической литературе.

В дополнение к системе нумерации термопары обычно имеют цветовую кодировку. Цветовая кодировка отличается от страны к стране, поэтому лучше искать другую цветовую кодировку в зависимости от страны, из которой поступает материал.

Некоторые применения термопар включают измерение стали во время обработки. Термопары типов B, K, R и S наиболее подходят для этой работы из-за их высоких температурных диапазонов.Это помогает производителю узнать, когда расплавленный материал плавится до достаточной температуры. Нагревательные приборы также хорошо работают с термопарами. Газовые приборы могут стать слишком горячими, если их нагнетать до насыщения, что может создать опасные ситуации, когда газ находится под давлением и присутствуют высокие температуры. Термопары могут считывать температуру и активировать устройства отключения газа, когда ситуация становится нестабильной.

Физические характеристики сплава

Характеристики любого сплава зависят от его физических и механических характеристик.Все эти характеристики значительно различаются в зависимости от свойств разных сплавов.

Физические характеристики:

1. Возможность заполнения полости формы

Также известен как срок службы сплава в жидкой среде. Это помогает определить текучесть металла через сужающиеся каналы, образующие тонкие секции.

Срок службы сплава в жидкой среде в основном зависит от уровня температуры расплавленного материала. Связь между температурой и сроком службы сплава не является прямо пропорциональной.Это означает, что чрезвычайно высокая температура материала не увеличивает срок службы жидкости. Кроме того, срок службы жидкости не обязательно увеличивается пропорционально температуре, так как существуют другие факторы, влияющие на срок службы жидкости, такие как химические, физические, которые определяют упругое поведение жидкости.

Понимание долговечности материала помогает различить больше деталей, что в дальнейшем помогает при проектировании отливки. Их:

• Минимальная ширина материала определяется
• Также можно определить продольное измерение тонкого сечения

Помимо вышеперечисленного, он помогает получить другие тончайшие детали материала, которые иначе трудно получить.Более короткий срок службы жидкости никогда не ограничивает стоимость конструкции. Фактически, плохой срок службы жидкости определяет следующие особенности отливки, такие как формирование гибкой формы, улучшенные характеристики базовой части производимой отливки, возможность большего размера надписи, более тонкие и более мелкие участки в форме и т. Д.

Некоторые формы обезвоживаются во время разработки отливки. Но эта процедура разработки уменьшает эффекты конвекции, которые представляют собой процесс теплопередачи, вызывающий сокращение срока службы жидкости.

Когда расплавленный металл затвердевает, они проходят три стадии:

• Жидкая усадка
• Усадка жидкой фазы в твердую
• Твердая усадка

Жидкая усадка — это процесс сжатия жидкости, начинающийся до начала процесса затвердевания.Хотя это важно для литейщиков по металлу, это не играет важной роли в процессе проектирования.

Усадка от жидкости к твердому телу — когда молекулы и атомы расплавленного металла начинают преобразовываться в твердый химический композит, это известно как усадка от жидкости к твердому телу или усадка при затвердевании. Однако эта величина усадки варьируется в зависимости от металлических свойств сплава и может находиться в диапазоне от чрезвычайно высокого до крайне низкого объема усадки. Объемы усадки металла можно разделить на три группы:

• Направленный
• Эвтектика
• Equiaxed

Однако становится очень важным понять влияние усадки между жидкостью и твердым телом с точки зрения проектирования с помощью черчения геометрии конструкции для достижения конфигурации отливки и требований к ее усадке при затвердевании.Альтернативное решение при отсутствии формирования геометрии для высокотехнологичных сплавов известно как «Термический обман». Поскольку это дорогостоящий процесс, в большинстве литейных конструкций его не используют.

Твердая усадка — это последняя стадия расплавленного металла, когда металл охлаждается до затвердевания. Это также хорошо известно как термоусадочная машина. На этом этапе полностью меняются грани конструкции в соответствии со степенью усадки сплава. Эта изменчивость твердой усадки играет решающую роль при рассмотрении конструкции.

2 Образование шлака и шлака

xSlag обычно ассоциируется с черными металлами, имеющими высокую температуру плавления, и они входят в состав жидких неметаллических композитов, таких как флюсовые огнеупоры, легирующие продукты и продукты коррозии. В качестве альтернативы окалина соединяется с цветными металлами, имеющими более низкую температуру плавления, и обычно состоит из неметаллических композитов, получаемых в основном в результате реакций расплавленного металла с воздухом.

3.Температура заливки

Формы должны выдерживать чрезвычайно высокие температуры расплавленных металлов. При повышении температуры расплавленного металлического сплава необходимо учитывать конструктивные особенности, связанные с тепловым потоком формы.

Таблица 1.1 — График температуры разливки для различных сплавов:

Сплав ° F ° С Припой ~ 450 ~ 230 Олово ~ 600 ~ 300 Свинец ~ 650 ~ 345 цинк Сплавы 650-850 345- 455 Алюминий Сплавы 1150-1350 620- 735 Медь Сплавы на основе 1650-2150 900-1180 Серый, Чугун ковкий 2450-2700 1340-1480 Высокая Утюги Сплавы 2800-3000 1540-1650 Титан Литые сплавы 3100-3300 1700-1820 цирконий Литые сплавы 3350-3450 1845-1900

Помимо физических характеристик, механические характеристики также имеют решающее значение при проектировании литья металла.Две важные характеристики:
Механические характеристики:

• Модуль упругости — помогает в определении жесткости данной конструкции отливки.
• Модуль сечения — определяет жесткость геометрии отливки сплава.

Вместе эти физические и металлургические особенности определяют проектирование, производство и использование металлических отливок.

Статья о термопарах из The Free Dictionary

датчик температуры, состоящий из двух разных электропроводящих элементов — обычно металлических проводников, но иногда и полупроводников, — которые соединены друг с другом.Термопара использует эффект Зеебека. Если соединения проводящих элементов (часто называемых термоэлектродами) имеют разные температуры, в цепи создается тепловая электродвижущая сила (ЭДС). Величина ЭДС однозначно определяется температурой горячего и холодного вывода и составом электродов.

Термопары используются в чрезвычайно широком диапазоне температур (см. Таблицу 1). ЭДС термопары с металлическими проводниками обычно составляет 5–60 милливольт.Точность индикации температуры обычно составляет несколько градусов К; некоторые термопары достигают точности ~ 0,01 ° K. ЭДС полупроводниковых термопар может быть на порядок выше, но они довольно нестабильны.

Железо сплав

Таблица 1. Диапазон рабочих температур некоторых типов термопар
Положительный элемент	Отрицательный элемент	Температуры (° K)
Медь или хромель	4–270
Медь	Константан	70–800
Хромель	Медь	220–900
Хромель	Алюмель 00 905
Платинированный родий	Платина	250–1900
Вольфрам	Рений	300–2800

Термопары используются в оборудовании для измерения температуры и в различных системах автоматического контроля и мониторинга.Термоэлектрический термометр изготавливается путем объединения термопары с электрическим измерительным прибором, таким как милливольтметр или потенциометр. Измеритель подключается к концам термоэлектродов или к разрыву одного из электродов. При измерении температуры один из спаев должен поддерживаться при нормальной температуре, обычно 273 ° K.

Термопары можно разделить на несколько типов, в зависимости от их конструкции и назначения. Они могут быть погружными или поверхностными, и они могут быть без оболочки или с обычной взрывозащищенной, влагонепроницаемой или другой оболочкой, которая может быть герметичной или открытой.Кроме того, они могут быть ударопрочными или виброустойчивыми, стационарными или переносными.

ССЫЛКА

Сосновский А.Г., Столярова Н.И. Измерение температуры . Москва, 1970.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

Применяемые термопары | Статья о термопарах, применяемых в The Free Dictionary

, датчик температуры, состоящий из двух разных электропроводящих элементов — обычно металлических проводников, но иногда и полупроводников, — которые соединены друг с другом.Термопара использует эффект Зеебека. Если соединения проводящих элементов (часто называемых термоэлектродами) имеют разные температуры, в цепи создается тепловая электродвижущая сила (ЭДС). Величина ЭДС однозначно определяется температурой горячего и холодного вывода и составом электродов.

Термопары используются в чрезвычайно широком диапазоне температур (см. Таблицу 1). ЭДС термопары с металлическими проводниками обычно составляет 5–60 милливольт.Точность индикации температуры обычно составляет несколько градусов К; некоторые термопары достигают точности ~ 0,01 ° K. ЭДС полупроводниковых термопар может быть на порядок выше, но они довольно нестабильны.

Железо сплав

Таблица 1. Диапазон рабочих температур некоторых типов термопар
Положительный элемент	Отрицательный элемент	Температуры (° K)
Медь или хромель	4–270
Медь	Константан	70–800
Хромель	Медь	220–900
Хромель	Алюмель 00 905
Платинированный родий	Платина	250–1900
Вольфрам	Рений	300–2800

Термопары используются в оборудовании для измерения температуры и в различных системах автоматического контроля и мониторинга.Термоэлектрический термометр изготавливается путем объединения термопары с электрическим измерительным прибором, таким как милливольтметр или потенциометр. Измеритель подключается к концам термоэлектродов или к разрыву одного из электродов. При измерении температуры один из спаев должен поддерживаться при нормальной температуре, обычно 273 ° K.

Термопары можно разделить на несколько типов, в зависимости от их конструкции и назначения. Они могут быть погружными или поверхностными, и они могут быть без оболочки или с обычной взрывозащищенной, влагонепроницаемой или другой оболочкой, которая может быть герметичной или открытой.Кроме того, они могут быть ударопрочными или виброустойчивыми, стационарными или переносными.

ССЫЛКА

Сосновский А.Г., Столярова Н.И. Измерение температуры . Москва, 1970.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

Легкие сплавы — от традиционных к инновационным технологиям

1.1. Обзор сплавов легких металлов

В настоящее время доступно большое количество материалов со своими характеристиками, значениями, областями применения и, очевидно, своими ограничениями.Черные и цветные металлы и их сплавы, керамика, композиты, пластмассы и различные другие материалы с уникальными свойствами сегодня используются в производстве по отдельности или в комбинации. Выбор материалов с ожидаемыми характеристиками в зависимости от области применения является очень важным аспектом в любом промышленном применении. После выбора материала производственные процессы, которые будут использоваться в зависимости от целевого применения, также становятся очень важными. Что касается материалов, общая тенденция состоит в том, чтобы лучше контролировать состав сплавов и наличие дефектов из-за примесей, включений и дефектов.Прогресс в разработке материалов является надежной опорой для увеличения срока службы инженерного компонента и его надежности. Что касается производственных процессов, очень важно эффективное управление производительностью, минимизация затрат и поддержание высокого качества продукта.

В этой главе будет представлен общий обзор существующего сценария производства и использования легких сплавов. Он основан на данных, имеющихся в литературе, в сочетании с некоторыми результатами, полученными в настоящее время в ходе исследований, проводимых авторами.Хотя широко распространенное производство легких сплавов рассматривает традиционно разработанные процессы и обычно используемые сплавы, существует общая тенденция к предоставлению и разработке инновационных производственных процедур и новых составов сплавов, способных гарантировать отличные характеристики более экономичным и / или своевременным образом. Эти аспекты напрямую связаны со снижением массы и экономией топлива, и они составляют центральный аспект для многих промышленных приложений. В автомобилестроении и авиации в настоящее время наблюдается тенденция к использованию легких металлов и их сплавов для производства различных компонентов: наиболее часто используемые алюминиевые сплавы относятся к системам AlSi7Mg, AlSi7Cu3Mg и AlSi7Cu3Mg.Что касается сплавов Mg в автомобильной промышленности, предпочтительный выбор относится к сплавам без Zr. Коммерчески доступными сплавами являются Mg-Al, Mg-Al-Zn, Mg-Al-Si, в то время как сплавы, относящиеся к системам Mg-Al-Rare Earth, Mg-Al- (Щелочные земли), являются полукоммерческими или разрабатываются. [1].

Сплавы

Al демонстрируют высокое соотношение прочности и веса, хорошую формуемость, отличное сочетание литейных и механических свойств, которые связаны с отличной коррозионной стойкостью, что делает их очень подходящими для самых разных применений.В основном алюминиевые сплавы классифицируются двумя способами: с одной стороны, как (i) термически обрабатываемые и (ii) нетермообрабатываемые сплавы, и, с другой стороны, в зависимости от процесса, посредством которого они получают свои свойства: ) деформируемые сплавы, сначала отлитые в виде слитков и / или заготовок, а затем механически подвергнутые горячей и / или холодной деформации в предпочтительную форму, и (b) литые сплавы, непосредственно отлитые в их окончательную форму с помощью множества традиционных или инновационных процессов. Сплавы алюминия занимают особое положение в отношении использования его в качестве конструкционного материала в автомобильной промышленности для изготовления головок цилиндров, тормозных роторов, блоков двигателей, для изготовления компонентов самолетов или судовых двигателей [2-10].Для производства компонентов сложной формы литье или ковка являются наиболее удобными процессами [2, 3, 6, 10]: кованые детали имеют лучшее качество и механические свойства, а отливки дешевле, а литейный путь обычно предпочтительнее.

В настоящее время интерес к сплавам Mg для инженерных предложений сохраняется из-за их более низкой плотности, напрямую связанной с уменьшением веса примерно на 40% по сравнению со сталью и чугуном и на 20% по сравнению с алюминием при тех же характеристиках компонентов.Их высокая удельная прочность, хорошая литье и обрабатываемость, высокая теплопроводность, высокая размерная стабильность, хорошие свойства электромагнитного экранирования, высокие демпфирующие характеристики и полная пригодность для вторичной переработки ставят их в определенное положение для различных типов производства компонентов. Некоторые недостатки, то есть их высокая склонность к гальванической коррозии при контакте с разнородными металлами или электролитом, сложность их деформирования при холодной обработке и, наконец, но не в последнюю очередь, их высокая стоимость, по-видимому, ограничивают их распространение.Большинство компонентов из магниевого сплава производятся методом литья под высоким давлением, который является одним из наиболее эффективных и постоянно растущих методов производства магния деталей сложной формы, но в отливках часто наблюдаются дефекты, например, усадка и газовая пористость. Эти дефекты ухудшают механические свойства деталей отливок, ограничивая применение сплавов Mg [1, 11-17].

1.1.1. Термообрабатываемые и нетермообрабатываемые алюминиевые сплавы

Как правило, механические свойства алюминиевых сплавов с определенным составом могут сильно различаться в зависимости от их термомеханической обработки, применяемой либо во время производства, либо на этапе постпроизводства.Нетермообрабатываемые сплавы обладают своей прочностью за счет применения к ним различных уровней холодной обработки или деформационного упрочнения, которые могут выполняться прокаткой, протяжкой через штампы, растяжением или аналогичными операциями, при которых достигается уменьшение площади. Регулируя величину общего уменьшения площади материала, можно контролировать его окончательные свойства. В случае термообрабатываемых или дисперсионно-твердеющих сплавов достижение их прочности и других свойств происходит после применения различных термических обработок.

Для нетермообрабатываемых сплавов самые высокие механические свойства достигаются с помощью механизмов горячей или холодной обработки при их производстве. Начальная прочность этих сплавов зависит от упрочняющего действия некоторых элементов, например марганца, кремния, железа и магния, по отдельности или в различных комбинациях. Прочность можно дополнительно повысить с помощью процесса холодной обработки, так как алюминий обладает высокой пластичностью и, следовательно, может легко деформироваться. Например, сплавы, содержащие значительное количество магния, обычно подвергаются окончательной обработке при повышенной температуре, называемой стабилизацией, чтобы гарантировать стабильность их свойств.

Термообрабатываемые сплавы — это сплавы, характеристики которых зависят от термической обработки и упрочнения при старении. В этом случае значительного упрочнения можно добиться за счет нагрева и охлаждения. На исходную прочность этих сплавов также влияет добавление легирующих элементов к чистому алюминию. К этой группе относятся сплавы меди, магния, кремния и цинка.

Присутствие этих элементов определяет более высокую растворимость твердых веществ при повышении температуры, обеспечивая дальнейшее важное усиление путем термообработки на твердый раствор (закалка, упрочнение старением, искусственное или естественное агломерация).0.1

Эта страница является частью спецификации FHIR (v4.0.1: R4 — Mixed Normative и STU). Это текущая опубликованная версия. Полный список доступных версий см. В Справочнике опубликованных версий

.

Набор информации, связанной со здравоохранением, собранной в единый логический пакет, который обеспечивает единое связное изложение значения, устанавливает собственный контекст и имеет клиническую аттестацию в отношении того, кто делает это утверждение. Композиция определяет структуру и повествовательное содержание, необходимое для документа.Однако сама по себе композиция не является документом. Скорее, композиция должна быть первой записью в пакете, где Bundle.type = document, а любые другие ресурсы, на которые ссылается композиция, должны быть включены в качестве последующих записей в пакет (например, пациент, практик, встреча и т. Д.).

2.41.1 Объем и использование

Композиция — это базовая структура, из которой документы FHIR — неизменные связки с заверенным повествованием — строятся. Единственная логическая композиция может быть связаны с серией производных документов, каждый из которых является замороженной копией сочинение.

Примечание: в стандарте EN 13606 используется термин «состав». для ссылки на одиночный коммит в систему EHR и предлагает несколько общих примеров: композиция содержащие консультационную записку, отчет о ходе работы, отчет или письмо, отчет о расследовании, бланк рецепта или набор медсестринских наблюдений. Использование композиции для заверенного Фиксация EHR является допустимым использованием ресурса Composition, но для целей FHIR это было бы обычным чтобы делать более детальные обновления с отдельными заявлениями о происхождении.

Профиль клинического документа ограничивает композицию указанием клинического документа. (соответствует CDA). См. Также сравнение с CDA.

2.41.2 Границы и взаимосвязи

Композиция — это структура для группировки информации в целях сохранения и подтверждения. Там несколько других структур группирования в FHIR с различными целями:

• Ресурс List — перечисляет плоскую коллекцию ресурсов и предоставляет функции для управления коллекцией.Хотя конкретный экземпляр List может представлять собой «снимок», с точки зрения бизнес-процесса понятие «список» является динамическим — элементы добавляются и удаляются с течением времени. Ресурс List ссылается на другие ресурсы. Списки могут быть кураторские и имеют конкретное деловое значение.
• Ресурс Group — определяет группу конкретных людей, животных, устройств и т. Д. Путем их перечисления, или описывая качества, которыми обладают члены группы. Ресурс группы ссылается на другие ресурсы, возможно, неявно.Группы предназначены для действий или наблюдения в целом (например, выполнение терапии для группы, расчет риска для группы, и т.д.). Этот ресурс будет обычно использоваться для общественного здравоохранения (например, для описания группы риска), клинических испытаний (например, определение пула испытуемых) и в аналогичных целях.
• Ресурс Bundle — это инфраструктурный контейнер для группы ресурсов. В нем нет повествования и используется для группировки наборов ресурсов для передачи, сохранения или обработки (например,ж., сообщения, документы, транзакции, ответы на запросы и т. д.). Содержимое пакетов обычно определяется алгоритмически для конкретной цели обмена или сохранения.
• Ресурс Composition — определяет набор собранной информации, связанной со здравоохранением. вместе в единый логический документ, который обеспечивает единое связное изложение значения, устанавливает свой собственный контекст и который имеет клиническую аттестацию в отношении того, кто делает заявление.Ресурс Composition предоставляет базовую структуру документа FHIR. Полное содержание документа выражается с помощью Bundle содержащий Композицию и ее записи.

Ресурс Composition объединяет клиническое и административное содержание в разделы, каждый из которых содержит повествование, и ссылки на другие ресурсы для дополнительных данных. Повествовательное содержание различных разделов Композиции поддерживается ресурсами, указанными в записях раздела.Полный набор содержания документа включает: ресурс Composition вместе с различными ресурсами, на которые указывают или косвенно подключены к Композиции, все собраны в Связку для транспортировки и сохранения. Ресурсы, связанные со следующим списком ссылок на композиции, ДОЛЖНЫ быть включены в пакет:

Другие ресурсы, на которые ссылаются эти ресурсы, МОГУТ быть включены в пакет по усмотрению автора. система, как задокументировано в определении операции системы (например, операция $ document), или как указано в любых применимых профилях.

2.41.3 Предпосылки и контекст

2.41.3.1 Коды состояния композиции

У каждой композиции есть элемент статуса, который описывает статус содержания композиции, взятый из этого списка кодов:

2.41.3.2 Рабочий процесс / клинический статус композиции.

предварительный	Это предварительный состав или документ (также известный как первоначальный или промежуточный). Содержание может быть неполным или непроверенным.
final	Эта версия композиции завершена и проверена соответствующим лицом, дальнейшая работа не планируется. Любые последующие обновления будут касаться новой версии композиции.
с поправками	Содержимое композиции или ссылочные ресурсы были изменены (отредактированы или добавлены) после выпуска в качестве «окончательного», а композиция завершена и проверена уполномоченным лицом.
введено с ошибкой	Состав или документ был изначально создан / выпущен по ошибке, и это поправка, которая отмечает, что вся серия не должна считаться действительной.

Статус композиции обычно перемещается вниз по этому списку — он перемещается с предварительных на окончательных , а затем может перейти к исправленным . Обратите внимание, что во многих рабочих процессах доступны только финальных композиций, а предварительный статус не используется.

Очень немногие композиции создаются полностью ошибочно в рабочем процессе — обычно композиция касается не того пациента или написана не тем автором, и ошибка обнаруживается только после того, как композиция была использована или на ее основе были созданы документы.Чтобы поддержать разрешение этого дела, состав обновлен и будет помечен как , введенный с ошибкой , и может быть создан новый производный документ. Это означает, что весь ряд производных документы теперь считаются созданными по ошибке, а системы получают производные документы на основе отозванных композиций СЛЕДУЕТ удалить данные, взятые из более ранних документов, из повседневного использования и / или предпринять другие соответствующие действия. Системы не требуются для предоставить этот рабочий процесс или вспомогательные документы, полученные из отозванных композиций, но они НЕ ДОЛЖНЫ игнорировать статус , введенный с ошибкой .Обратите внимание, что системы, которые обрабатывают композиции или производные документы и не поддерживают статус ошибки, должны определять какой-то другой способ обработки ошибочно созданных композиций; хотя это не обычное явление, некоторые клинические системы не имеют возможности удалить ошибочную информацию из истории болезни пациента, и у пользователя нет возможности узнать, что она не подходит для использования — это небезопасно.

2.41.3.3 Примечание для читателей, знающих CDA

Многие пользователи этой спецификации знакомы с архитектурой клинической документации (CDA) и соответствующими спецификациями.CDA — это первичный проектный вклад в ресурс Composition (другие основные входные данные — это другие спецификации документов HL7 и EN13606). Есть три важных структурных различия между CDA и ресурсом Composition:

• Композиция — это логическая конструкция, ее идентификатор совпадает с CDA ClinicalDocument.setId. Ресурсы композиции упаковываются в структуры документа для обмена всего пакета (композиции и ее частей), и этот завернутый, запечатанный объект эквивалентен документу АКД, где Bundle.id эквивалентен по функции ClinicalDocument.id (но не идентичен при взаимном преобразовании, так как это преобразование между ними).
• Раздел композиции определяет раздел (или подраздел) документа, но, в отличие от CDA, записи раздела фактически ссылки на другие ресурсы, содержащие вспомогательные данные для раздела. Такой дизайн означает, что данные можно повторно использовать многими другими способами.
• В отличие от CDA, контекст, определенный в Composition (конфиденциальность, тема, автор, событие, период события и встреча), применяется к композиции и не применяется конкретно к ресурсам, на которые есть ссылки из раздел .запись . В FHIR нет модели потока контекста, поэтому каждый ресурс, на который ссылается в составе выражает свой собственный индивидуальный контекст. Таким образом, клиническое содержание может безопасно извлекаться из состава.

Кроме того, обратите внимание, что списки кодов (например, Composition.status) и ресурс Composition отображаются в HL7 v3 и / или CDA.

На этот ресурс ссылается сам по себе, Контракт и Процедура

2.41,4 Содержание ресурса

Структура

Имя	Флаги	Карточка.	Тип	Описание и ограничения
Состав	TU		DomainResource	Набор ресурсов, составленных в единое связное клиническое заявление с клинической аттестацией. Элементы , определенные в Ancestors: id, meta, implicitRules, language, текст, содержащийся, расширение, модификатор Расширение
идентификатор	Σ	0..1	Идентификатор	Независимый от версии идентификатор для Композиции
статус	?! Σ	1..1	код	предварительный | финал | изменено | введено с ошибкой CompositionStatus (обязательно)
type	Σ	1..1	CodeableConcept	Вид состава (LOINC, если возможно) Коды типов документа FHIR (предпочтительно)
категория	Σ	0.. *	CodeableConcept	Категоризация композиции Набор значений класса документа (пример)
subject	Σ	0..1	Ссылка (любая)	Кто и / или что представляет собой композиция
встреча	Σ	0..1	Ссылка (Встреча)	Контекст композиции
дата	Σ	1..1	dateTime	Время редактирования композиции
автор	Σ	1.. *	Ссылка (Практик | Роль практикующего | Устройство | Пациент | Связанное лицо | Организация)	Кто и / или что является автором композиции
название	Σ	1..1	строка	Читается человеком имя / титул
конфиденциальность	Σ	0..1	код	В соответствии с определением аффинити-домена V3 Value SetConfidentialityClassification (обязательно)
удостоверяющий		0.. *	BackboneElement	Подтверждения точности композиции
режим		1..1	код	персональный | профессиональный | юридический | официальный CompositionAttestationMode (обязательно)
time		0..1	dateTime	Когда состав был аттестован
party		0..1	Ссылка (Пациент | Родственный специалист | PractitionerRole | Организация)	Кто аттестовал состав
хранитель	Σ	0..1	Ссылка (Организация)	Организация, которая поддерживает состав
относится к		0 .. *	BackboneElement	Отношения с другими композициями / документами
код		1 .. 1	код	заменяет | трансформирует | знаки | добавляет DocumentRelationshipType (обязательно)
target [x]		1..1		Target отношения
targetIdentifier			Identifier
targetReference39 Состав)
событие	Σ	0.. *	BackboneElement	Клинические услуги, которые документируются
код	Σ	0 .. *	CodeableConcept	Код (ы), которые применяются к документированному событию v3 Code System ActCode (Пример)
период	Σ	0..1	Период	Период, охватываемый документацией
деталь	Σ	0.. *	Ссылка (любая)	Документируемые события
раздел	I	0 .. *	BackboneElement	Состав разбит на разделы + Правило: Раздел должен содержать по крайней мере один из текста, записей или подразделов. + Правило: Раздел может иметь emptyReason, только если он пуст
заголовок		0..1	строка	Метка для раздела (например,для ToC)
код		0..1	CodeableConcept	Классификация раздела (рекомендуется) Коды разделов документа (Пример)
автор		0 .. *	Ссылка (Практик | Роль практикующего | Устройство | Пациент | Связанное лицо | Организация)	Кто и / или что является автором раздела
focus		0..1	Ссылка (Любая)	О ком / о чем этот раздел, когда речь идет не о предмете композиции
текст	I	0..1	Повествование	Текстовое резюме раздела, для интерпретации человеком
режим		0..1	код	рабочий | снимок | изменения ListMode (обязательно)
заказано по		0..1	CodeableConcept	Порядок записей разделов Коды порядка списка (предпочтительно)
запись	I	0 .. *	Ссылка (любая)	Ссылка на данные, поддерживающие этот раздел
emptyReason	I	0..1	CodeableConcept	Почему раздел пуст Список пустых причин (предпочтительно)
раздел	I	0 .. *	см. Раздел	Вложенный раздел
Документация для этого формат

Схема UML (Легенда)

Композиция (DomainResource) Независимый от версии идентификатор композиции. Этот идентификатор остается постоянным, поскольку состав изменяется с течением времени. Идентификатор: Идентификатор [0..1] Рабочий процесс / клинический статус этой композиции. Статус — это маркер клинического статуса документа (этот элемент изменяет значение других элементов) status: code [1..1] «Рабочий процесс / клинический статус композиции. (Strength = обязательно) CompositionStatus! »Определяет конкретный вид состава (например, история и физические данные, сводка по выписке, информация о ходе выполнения). Обычно это соответствует цели создания композиции: CodeableConcept [1..1] «Тип композиции.(Strength = Preferred) FHIRDocumentTypeCodes? »Категоризация по типу композиции — помогает при индексации и поиске. Это может подразумеваться или производиться из кода, указанного в категории Composition Typecategory: CodeableConcept [0 .. *] «Высокоуровневый вид клинического документа на макроуровне. (Сила = Пример) DocumentClassValueSet ?? »О ком или о чем произведение. Композиция может относиться к человеку (пациенту или практикующему врачу), устройству (например, машине) или даже группе субъектов (например, документу о стаде домашнего скота или группе пациентов, которые имеют общее воздействие) тема: Ссылка [0..1] «Любой» Описывает клиническую встречу или тип помощи, с которой данная документация связана со счетчиком: Ссылка [0..1] «Встреча» Время редактирования композиции, когда композиция в последний раз была логически изменена authordate: dateTime [1. .1] Определяет, кто несет ответственность за информацию в композиции, не обязательно то, кто ее ввел в авторе: Ссылка [1 .. *] «Практик | строка [1..1] Код, определяющий уровень конфиденциальности Композиции: code [0..1] «Коды, определяющие уровень конфиденциальности Композиции. (Strength = Required) v3.ConfidentialityClassificat …! »Определяет организацию или группу, которые отвечают за текущее обслуживание и доступ к информации о составе / документе. Хранитель: Ссылка [0..1]« Организация »Аттестатор Тип подтверждения, который предлагает аутентификатор Режим: код [1..1]« Способ в котором человек подтвердил подлинность композиции.(Strength = обязательно) CompositionAttestationMode! »Когда композиция была засвидетельствована partytime: dateTime [0..1] Кто засвидетельствовал композицию указанным способомparty: Reference [0..1]« Пациент | Связанное лицо | Практик | Роль практикующего | Организация »Относится к типу отношений, которые композиция имеет с другой состав или код документа: код [1..1] «Тип связи между документами. (Strength = Required) DocumentRelationshipType! »Целевая композиция / документ этого отношения target [x]: Тип [1..1] Событие «Идентификатор | Ссылка (Состав)» Этот список кодов представляет основные документированные клинические действия, такие как колоноскопия или аппендэктомия. В некоторых случаях событие присуще typeCode, например, «История и физический отчет», в котором документируемая процедура обязательно является кодом действия «History and Physical»: CodeableConcept [0 .. *] «Этот список кодов представляет документируются основные клинические акты. (Сила = Пример) v3.ActCode ?? »Период времени, охватываемый документацией.Нет утверждения, что документация является полным представлением для этого периода, только то, что она документирует события в течение этого периода времени: Period [0..1] Описание и / или ссылка на событие (я), которое (я) документируется. Например, это может быть использовано для документирования такой колоноскопии или аппендэктомиидеталь: Ссылка [0 .. *] «Любой» Раздел Метка для этого конкретного раздела. Это будет частью визуализированного содержимого для документа и часто используется для построения таблицы contentstitle: string [0..1] Код, определяющий тип содержимого, содержащегося в разделе. Это должно соответствовать коду заголовка раздела: CodeableConcept [0.