Термопара хромель-алюмель – коротко об основном | Наука и технология

Как известно, термопара представляет собой два соединённых в одном конце проводника из различных материалов, являющихся частью устройства для замера температуры. Существуют различные комбинации проводников, но наиболее оптимальные термоэлектрические характеристики демонстрирует соединение из двух никелевых сплавов: хромель и алюмель. Дело в том, что именно данные материалы демонстрируют наиболее близкую к прямой термоэлектрическую характеристику, что необходимо для обеспечения высокой точности измерений. Прежде чем перейти к описанию свойств термопар следует остановиться на используемых в них сплавах.

Хромель (НХ9,5) – это сплав 89-91% никеля и 8,7-10% хрома. Остальное занимают примеси таких материалов как кремний, медь, марганец и кобальт, причём содержание последнего составляет от 0,6 до 1,2%.

Алюмель (НМцАк2-2-1) состоит из 93-96% никеля и 1,8-2,5% алюминия, при высоком содержании марганца (1,8-2,2%) и кремния (0,8-1,2%). Данный сплав достаточно хорошо магнитен в отличие от маломагнитного хромеля.

Высокое содержание никеля обуславливает то обстоятельство, что изготовленная из этих сплавов термопарная проволока обладает высокой стойкостью к окислению. А, учитывая то, что термопара из данных материалов имеет практически линейную зависимость термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) в диапазоне от 0 до 1000°С, то она часто используется в различных терморегуляторах.

Термопара из хромеля и алюмеля характеризуется высокой инерционностью

При кратковременном измерении максимальная температура может достигать 1300°С. Материалом для электродов термопар является термоэлектродная проволока, размерный ряд которой состоит из следующих диаметров (ГОСТ 1790-77): 0,2; 0,5; 0,7; 1,2; 3,2 миллиметра. При температуре 1300 °С используется проволока только диаметра 1,2 и 3,2 мм.

Проволока хромель и алюмель изолирована друг от друга и от корпуса керамическими одноканальными изоляторами с керамическими наконечниками на конце, защищающими от соприкосновения с металлическим чехлом.

Термопара из данных сплавов характеризуется высокой инерционностью. Исключением являются термопары хромель-алюмель типов ТХ-VII и ТХА-У-XV с низкими показателями инерционности. Проволока алюмель и хромель имеет обыкновенную устойчивость к механическим повреждениям кроме используемой в термопарах ТХА-420 и ТХА-430, которая обладает повышенной устойчивостью к вибрационным нагрузкам.

В основном термопары имеют стандартную конструкцию головки, но существуют и варианты с водозащищенными и брызгонепроницаемыми головками. Термопары ТХАП не имеют головки. Для ввода проводов используется гибкий шланг или штуцер.

Одним из основных преимуществ термоэлектродных проволок из хромеля и алюмеля является их устойчивость к окислению, что позволяет им надежно работать в окислительной среде благодаря появлению при нагреве тонкой защитной пленки, которая препятствует проникновению кислорода внутрь металла. Но при этом следует учесть, что длительная работа термопары в окислительной среде может привести к некоторому изменению термо-ЭДС, особенно при температурах 300-500 и 800-1000°С. Не рекомендуется их использовать в атмосфере с высоким содержанием серы, которая негативно влияет на оба материала - хромель и алюмель.

Термопары хромель-алюмель популярны из-за своей доступности по стоимости, а также трудоемкости изготовления и достаточно широкого диапазона измеряемой температуры, зависящий от диаметра термоэлектродной проволоки.