Wolfram-Rhenium Thermopaar

Dopingmerkmale

Das Wolfram-Rhenium-Thermoelement ist in der Lage, höchste Temperaturen zu messen. Dabei sollten eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden. Durch die Beimischung von fünf Prozent Rhenium nehmen Duktilität und Rekristallisationstemperatur zur positiven VR-Elektrode hin zu. Um eine möglichst hohe Thermo-EMK zu erhalten, sollte der Gehalt an Rhenium in der negativen Elektrode möglichst unterschiedlich zum Anteil in der positiven sein. Bei einer Erhöhung des Rheniumanteils auf 32% oder mehr in der Legierungszusammensetzung bei t° über 1100 °C beginnen sich jedoch intermetallische Phasen zu bilden, was zu einem Rückgang der Genauigkeit der Messwerte führt. Darüber hinaus ist diese Legierung inhomogen; bei starker Erwärmung beginnt Rhenium zu verdampfen, was den Fehler ebenfalls erhöht. Die Genauigkeit der Thermoelemente VR5 und VR20 nimmt bei einer Temperatur von 900−2100 °C linear ab. Um die Stabilität zu erhöhen, wird das Wolfram-Rhenium-Thermoelement mit Silizium-Alkali-Zusätzen (KCl 0,1−0,5%, Al 0,1−0,5%, 0,1−0,5% SiO ₂) legiert, was den Fehler im Messprozess fast um das Dreifache reduziert.

Abschlussfunktionen

Die Thermoelement-Kalibrierungstabelle wurde bereits 1968 entwickelt. Die umfassendste Untersuchung der Fehlerzunahme aufgrund der Inhomogenität der Elektroden - VR und bei hohen Temperaturen des Isolationsshunts - wurde von Professor VNIIM, Doktor der technischen Wissenschaften Gordov, durchgeführt. Technische Bedingungen für die Herstellung von Thermoelementen - BP wurden 1973 verabschiedet und 1977 in GOST 3044−74 und GOST 6616−74 aufgenommen. Außerdem wurde eine standardisierte nominale statische Kennlinie (NSH) eingeführt, die auf Basis der MPTSh-68-Temperaturskala entwickelt wurde.

Die Kalibrierung von Wolfram-Rhenium-Thermoelementen wurde in mehreren wissenschaftlichen Organisationen durchgeführt: am Ural-Institut für Metrologie (Jekaterinburg), am Termopribor Design Bureau (Lwow) und am NPO LUCH (Podolsk). NSH-Thermoelemente wurden in einem Vakuumofen bestimmt Schmelzdrähte aus Silber, Kupfer, Nickel, Platin, Rhodium, Iridium und Tantal, die auf die Arbeitsverbindung von Thermoelementen gewickelt sind. Der quadratische Mittelwertfehler der Kalibrierung auf den Schmelzpunkt von Platin wurde am Rhodiumpunkt geschätzt. Die Messwerte von BP-Thermoelementen wurden mit den Messwerten eines optischen Pyrometers und Thermoelementen PR30/6 (t° bis 1800°C) verglichen. Spezialisten wissenschaftlicher Institutionen kamen zu dem Schluss, dass die Kalibrierung von 80% der BP-Thermoelemente eine Messwertstreuung von bis zu einem Prozent aufwies.

Prozentuale Schwankungen

Gemäß den technischen Spezifikationen für den Thermoelektrodendraht betragen die Schwankungen des Rheniumgehalts in der Legierung nicht mehr als 0,5%, der Anteil an Verunreinigungen beträgt nicht mehr als 0,1%. Daher weisen verschiedene Drahtchargen eine Streuung der thermisch-elektromotorischen Kraft auf. Bis zu t ° 1500 ° C in einer Drahtspule ist eine Ausbreitung der Thermo-EMF bis zu 50 μV zulässig.

Produktion

In den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts betrug die Produktion der Thermoelektrodendrähte VR20 und VR5 (VAR5) etwa 150 Kilogramm pro Jahr. Thermoelektrodendraht wird von Flugzeugkonstruktionsbüros und Forschungsinstituten für verschiedene Zwecke in der Technologie der Verbundwerkstoffproduktion eingesetzt. Der Hauptverbraucher dieses Materials war die metallurgische Industrie.

Draht wird pulvermetallurgisch hergestellt. Eine Mischung aus Wolframpulver und Ammoniumsalzen (NH ₄ ReO ₄)perrhenat wird zu Stäben gepresst, diese anschließend verschmolzen und zu einem Draht gerollt. Aufgrund des «schwimmenden» Rheniumanteils in der Legierungszusammensetzung war es nicht möglich, die thermoelektrischen Eigenschaften des Thermoelements grundsätzlich zu optimieren. Dennoch gab es in der Mikrometallurgie in jüngster Zeit dank Nanolegierungszusätzen und Verbesserungen in der Metallanalyse einige Fortschritte.

Verwendung

Sie werden nur in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum verwendet. Um den Einsatzbereich von Thermoelementen zu erweitern, wurde ein abgedichtetes Spezialgehäuse entwickelt, das zum Schutz in oxidierenden und kohlenstoffhaltigen Umgebungen (z. B. in Vakuumöfen mit Graphitheizungen) mit einem Inertgas gefüllt ist.

Der hermetische Wärmekonverter in einem Molybdängehäuse dient zur Steuerung des Sintermodus von Pulverpellets in einem Vakuumofen. Die Lebensdauer eines solchen Konverters beträgt bei t°1750°C bis zu 1000 Stunden in aggressiver Umgebung. Es wurden auch andere VRs entwickelt - versiegelte Wandler in Gehäusen aus Leukosaphir (einem Einkristall aus Aluminium), deren Lebensdauer bei einer Temperatur von 1600 °C in oxidierenden Umgebungen 2−3.000 Stunden beträgt. Sie werden auch in thermischen Sonden eingesetzt, um das Schmelzen von Salzen, Glas und Metallen zu kontrollieren.

Solche Wärmewandler werden in sehr aggressiven Umgebungen eingesetzt und die Lebensdauer hängt direkt von der Haltbarkeit ihrer Schutzhülle ab. Sollte im Bereich von 1000 - 1700 °C der zulässige Fehler 0,5% betragen, kommt ein Platin-Rhodium-Thermoelement zum Einsatz.

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