Термоэлектрический метод контроля неравномерности температурного поля в печах и термокамерах

• Автор: Маркова, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Глава 1 Необходимость повышения точности контроля температуры и неравномерности температурного поля в печах и термокамерах

1.1 Температурное поле в термокамерах и печах

1.2 Требования к неравномерности температурного поля в термокамерах и печах для механических испытаний материалов

1.3 Требования к неравномерности температурного поля при термообработке сталей

1.4 Требования к неравномерности температурного поля при термообработке алюминиевых сплавов

1.5 Требования к контролю температурного поля в термокамерах,

используемых в полупроводниковой промышленности

Выводы

Глава 2 Метрологические характеристики термопреобразователей

2.1 Термоэлектрические преобразователи температуры

2.2 Погрешности термопар, вызванные их термоэлектрической неоднородностью

2.3 Погрешности, обусловленные нестабильностью температуры свободных
концов термопары
Выводы
Глава 3 Способы повышения точности измерения неравномерности температурного поля в печах и термокамерах
3.1 Расчет погрешностей контроля неравномерности температурного поля двумя термопарами
3.2 Уменьшение погрешности измерения неравномерности температурного поля индивидуальной градуировкой термопар
3.3 Конструктивные способы повышения точности измерения неравномерности температурного поля в печах и термокамерах
3.4 Трехэлектродная термопара
3.5 Дифференциальный метод измерения разности температур
3.6 Термоэлектрическая неоднородность проволок термопар
Выводы:
Глава 4 Исследование термоэлектрической неоднородности термоэлектрода термопары на примере алюмелевой проволоки
4.1 Задача экспериментального исследования термоэлектрической неоднородности термоэлектрода термопары на примере алюмелевой проволоки
4.2 Экспериментальное исследование локальной термоэлектрической неоднородности алюмелевого провода, применяемого для изготовления термопар
4.3 Экспериментальное исследование протяженной термоэлектрической неоднородности алюмелевой проволоки, применяемой для изготовления

4.4 Математическая обработка результатов эксперимента и их графическая интерпретация
4.5 Анализ полученных результатов
Глава 5 Многопроволочные термоэлектроды, характеристики их термоэлектрической неоднородности и применение многопроволочных термоэлектродов в дифференциальных термопарах
5.1 Целесообразность применения многопроволочных термоэлектродов в термопарах
5.2 Термоэлектрическая неоднородность многопроволочных термоэлектродов термопар
5.3 Модификации дифференциального метода контроля неравномерности
температурного поля в термокамерах и печах
Выводы:
Глава 6 Исследование термоэлектрической неоднородности многопроволочного термоэлектрода термопары на примере термоэлектродов, составленных из отрезков алюмелевой проволоки
6.1 Экспериментальное исследование протяженной термоэлектрической неоднородности многопроволочных термоэлектродов, составленных из отрезков алюмелевой проволоки и влияния на точностные характеристики термопар замены однопроволочных термоэлектродов многопроволочными
6.2 Математическая обработка результатов эксперимента с многопроволочными термоэлектродами и их графическая интерпретация
Заключение
Список использованных источников
Приложения

Актуальность темы. В настоящее время новые технологии в термической обработке металлов и сплавов, в первую очередь цветных, предъявляют все более высокие требования к точности измерения и поддержания температуры, к контролю неравномерности температурного поля в термокамерах и печах. Отдельной, бурно развивающейся областью производства, в которой предъявляются повышенные требования к контролю температуры, неравномерности температурного поля или к поддержанию заданной конфигурации такого поля, являются технологии выращивания кристаллов для изготовления новых видов инструментов или для изготовления полупроводниковых приборов и микросхем. При этих процессах допустимая погрешность контроля неравномеоности температурного поля зачастую не превышает величины ±0,5 °С.
Наиболее распространенными методами измерения температуры являются термоэлектрические методы [55], особенно в области температур выше 200 °С. Однако промышленные термопары в настоящее время уже не обеспечивают необходимой точности измерения.
Так, например, при термообработке алюминиевых сплавов допустимая погрешность поддержания температуры в печи составляет при некоторых технологических процессах всего ±1,5 °С, в то время как термопары общепромышленного применения из неблагородных металлов в соответствии с ГОСТ Р 8.585-2001 «Термопары. Номинальные статические характеристики» имеют допустимую погрешность от ±2,5 °С до ±17,5 °С.
Применение прецизионных термопар из сплавов на основе платины, обеспечивающих более высокую точность измерения, в промышленных условиях неоправданно дорого. Технологически трудоемким, дорогостоящим и нецелесообразным процессом является индивидуальная градуировка каждой термопары из неблагородных металлов, так как в процессе эксплуатации термоэлектрические свойства термопары изменяются и такую градуировку необходимо периодически повторять [86].
хорошо аппроксимирующиеся квадратным уравнением. Допускаемые отклонения статических характеристик по [31] вновь изготовленных термопар от номинальных статических характеристик определяются формулами: >
в диапазоне температур от -200 до 0 °С, мВ
АД = ±[0,10 + 0,2-10'3(Г + 200)], (2.19)
в диапазоне от 0 до 300 °С
АЕ = ±(0,14 + 0,20-10"3 Г) (2.20)
в диапазоне от 300 до 800 °С
АЕ = ±[0,20 + 0,52-10“3 (Г-300)] (2.21)
В температурном эквиваленте эти отклонения соответствуют 2,2 К вблизи 0 0 С и 5,4 К при 800 °С.
Новый стандарт [36] устанавливает, что для термопар ТХК(Ь) третьего класса точности в диапазоне от минус 200 °С до минус 100 °С пределы допустимых отклонений номинальной статической характеристики (НСХ) термопары по температуре не должны превышать величины, определяемой по формуле:
АТ = ±(і,5 + 0,01| Г|) (2.22),
а в диапазоне от минус 100 °С до 100 °С не должны превышать ±2,5°С. Для термопар ТХК(Ь) второго класса точности в диапазоне от минус 40 °С
до 360 °С эти отклонения не должны превышать ±2,5°С, а в диапазоне от
360 °С до 800 °С не должны превышать величины, определяемой по формуле:
АГ = ±(0,7 + 0,005-Г) (2.23)
Значения предельно допустимых погрешностей ТЭДС вновь изготовленной термопары типа ТХК(Ь) и температурной погрешности, рассчитанные по формулам (2.19)—(2.23) и таблицам [36] приведены в таблице 2.6.