CC BY
13
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни
6. Лабай В.Й. Вплив пов^яних потоюв у випарнику i конденсаторi на втрати ексергп у KOMnpecopi split-кондицiонерiв// Наук. вюник НЛТУ Украши: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: НЛТУУ. - 2007, вип. 17.4. - С. 249-254.
7. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник, изд. 3-е. - М.: Агропромиздат, 1985. - 208 с.
8. Лабай В.Й., Омельчук О.В., Ярослав В.Ю. Ексергетична ощнка роботи мюцевих автономних кoндицioнepiв "Sanyo".// Вicник НУ "Львiвcька пoлiтeхнiка": Тeopiя i практика будiвництва. - 2005, № 545. - С. 108-113.
9. Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и хо-лодоснабжение: Учебн. для вузов. - М.: Стройиздат, 1985. - 367 с.
10. Sanyo, Technical data, W-Eoo Multi. G0900._
УДК 536.532 Доц. В. О. Фединець, канд. техн. наук -
НУ "Льbeiecbm полтехшка"
КРИТЕР1Й ВИБОРУ ТЕПЛО- ТА ЕЛЕКТРОВОЛЯЦШНИХ МАТЕР1АЛ1В ДЛЯ ЗАСОБ1В ВИМ1РЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ
Запропоновано критерш вибору тепло- та електроiзоляцiйних матерiалiв для 3aco6iB вимiрювання температури.
Ключов1 слова: критерш, зааб вимiрювання, температура, матерiали.
Assoc. prof. V.O. Fedynets-NU " L'vivs'kaPolitechnica"
Criterion of choice warmly- and electroisolational materials for facilities of measuring of temperature
In the article the criterion of choice is offered warmly- and electroisolational materials for facilities of measuring of temperature.
Keywords: criterion, measuring mean, temperature, materials.
Постановка задач1
У сучасних галузях промисловост пред'являються досить жорстк ви-моги до характеристик точност засоб1в вим1рювання температури (ЗВТ). У ряд1 галузей це пов'язано з вимогами правил безпеки. Тому необхщно забез-печити таке конструктивне та технолопчне виконання ЗВТ, яке давало б можливють застосовувати 1х в жорстких умовах експлуатаци.
Одним 1з напрямюв створення високоточних ЗВТ е використання тер-мометричних та конструктивних матер1ал1в з1 спещальними властивостями, високою стабшьшстю 1х електрох1м1чних, х1м1чних та мехашчних властивос-тей в широкому д1апазош змши температур. У табл. 1 наведено взаемозв'язок основних техшчних параметр1в ЗВТ з 1х конструктивними особливостями i властивостями матерiалiв, що в них застосовуються.
Анал1з публжацш
Аналiз стану матерiалознавства у термометри [1-3] показав необхщ-нiсть розроблення критерш вибору (а при необхщност i створення) термо-метричних та конструктивних матерiалiв. При цьому необхщно враховувати цiлий ряд вимог (iнодi i суперечливих) як до властивостей матерiалiв, 1х тех-нологiчностi та сумюносл мiж собою i дослщжуваним середовищем, так i до однорщност i стабiльностi метрологiчних характеристик у ходi експлуатаци.
Науковий вкник НЛТУ Укра'1'ни. - 2008, вип. 18.3
Табл. 1. Взаемозв 'язок основных техшчних параметрiв ЗВТ з Их конструктивными особливостями '1 властивостями матерiалiв
Основт параметри ЗВТ Чинники, як визначають щ параметри
Д1апазон вим1рювання Температура плавлення, жаростшшсть, летучшть чутливо-го елемента (ЧЕ), електричного 1золятора (Е1), захисно! арматури (ЗА) 1 захисного покриття (ЗП); сумштсть м1ж собою матер1ал1в ЧЕ, Е1, ЗА 1 ЗП; х1м1чна стшккть ЗА 1 ЗП до вим1рюваного середовища
Номшальна статична характеристика перет-ворення (НСХ) Х1м1чний склад, ф1зичний стан, електроф1зичт властивос-т1 1 !х ввдтворюватсть, електричний отр Е1; технолопя виготовлення матер1ал1в ЧЕ
Похибка вим1рювання Ф1зико-х1м1чна однорвдтсть, термомехатчт напруження, стабшьтсть електроф1зичних властивостей матер1алу ЧЕ; електричний отр Е1; технолопя виготовлення ЧЕ; методи зв1рювання та конструктивы особливост ЗВТ
1нерцштсть Теплопроввдтсть та теплоемтсть матер1ал1в ЧЕ, Е1, ЗА, ЗП; конструкщя робочого кшця та захисно! арматури ЗВТ
Надштсть Матер1али, конструкщя, технолопя виготовлення, методи випробувань ЗВТ
Для термометричних матерiалiв такий критерш розроблено i вш виз-начаеться наступною залежнiстю [3]:
Т ■ т ■ т
К = Тп ТР тв.з
е Т ■А ■А
1 ХП !~±н !~±с
де: Кче - критерш вибору матерiалу ЧЕ ЗВТ; Тпл - температура плавлення (характеризуе жаротривюсть), К; Тр - температура рекристашзацп, К; Твз -температура початку взаемоди з конструкцшними матерiалами або вимiрю-ваним середовищем (характеризуе сумiснiсть), К; Тхп - температура переходу в крихкий стан (характеризуе технолопчшсть), К; Ан - неоднорщшсть термометричних властивостей (вщхилення вiд НСХ), К; А с - змiна термометричних властивостей за 2 год. на^вання при температурi верхньо! межi ро-бочого дiапазону (стабiльнiсть показiв), К.
Розрахунками встановлено, що для досягнення сучасного рiвня тех-нiчних та метролопчних параметрiв термометричнi матерiали високотемпе-ратурних ЗВТ повинш мати значення Кче не нижче 105.
Мета роботи. На основi аналiзу публiкацiй та власних дослщжень автора запропонувати критерш вибору тепло- та електроiзоляцiйних матерiалiв, який доцiльно застосовувати тд час розроблення реальних конструкцiй висо-котемпературних ЗВТ.
Виклад основного матер1алу
Дослiдженню термометричних матерiалiв присвячено велику кшьюсть публiкацiй [4, 5], в яких достатньо повно вивчено 1х термоелектричш власти-востi, вплив дослщжуваних середовищ, радiацil, високого тиску, деформацш, термоциклiчних впливiв тощо на змшу термо-е.р.с. та 11 стабiльнiсть.
Найбiльшi труднощi вибору конструктивних тепло- та електроiзоля-цiйних матерiалiв виникають при вимiрюваннi температури газових середо-
3. Технолопя та устаткування лiсовиробничого комплексу
131
Нащональний лкотехшчний ушверситет УкраТни
вищ, де за самою природою можлив1 швидк зм1ни температури, а також по-пршеш умови теплообмшу м1ж середовищем 1 ЗВТ. Тому вибору матер1ал1в для забезпечення необхщних експлуатацшних та метролопчних характеристик ЗВТ газових середовищ необхщно придшяти велику увагу.
Важливим елементом ЗВТ е вогнетривка теплова та електрична 1золя-щя, яка ютотно впливае на 1х надшшсть, динам1чш характеристики та точ-шсть вим1рювання температури.
При вибор1 конструктивних тепло1золяцшних матер1ал1в високотемпе-ратурних ЗВТ необхщно враховувати 1х наступш властивост1: жаростшюсть у вим1рюваному середовишд, термостшюсть, газощшьшсть, теплоемшсть, теплопровщшсть, температурний коефщ1ент лшшного розширення, техноло-пчшсть, х1м1чну сумюшсть з термометричними матер1алами 1 матер1алами захисно! арматури, наявшсть домшок, що впливають на основш властивость
Так властивост тепло1золяцшних матер1ал1в як жаростшюсть, термостшюсть, технолопчшсть та х1м1чна сумюшсть матер1ашв м1ж собою виз-начаються температурами плавлення, переходом в хрупкий стан, початком взаемодп з конструкцшними матер1алами або вим1рюваним середовищем. Для забезпечення необхщних динам1чних властивостей та похибки ЗВТ конструктивы тепло1золяцшш матер1али повинш мати певш значення пито-мо! теплоемност Ср, коефщ1ента теплопровщност Л та густини р. Вказаш параметри пов'язаш м1ж собою коефщ1ентом температуропровщност а, який визначаеться вщомою залежшстю
а = (2)
Ср -р
Коефщ1ент температуропровщност е ф1зичним параметром тепло1зо-ляцшного матер1алу 1 служить м1рою його теплошерцшних властивостей. За шших однакових умов швидше нагр1ваеться або охолоджуеться те тшо, яке мае бшьше значення коефщ1ента а. Вш ютотний для нестащонарних тепло-вих процеЫв { характеризуе швидюсть змши температури.
Основною функщею електро1золяцшних матер1ал1в е забезпечення не-обхщно! величини електрично! 1золяци термометричних матер1ал1в м1ж собою, а також 1з захисною арматурою. Необхщно враховувати, що при висо-ких температурах р1зко зменшуеться електричний ошр електро1золяцшних матер1ал1в. Внаслщок цього вщбуваються р1зноманггш шунтування електрич-ного кола чутливого елемента ЗВТ { виникае додаткова похибка, яка при ви-м1рюванш температури до 2500...3000 °С може досягати до 200 °С [6]. Тоб-то, питомий електричний ошр електро1золяцшних матер1ал1в, що визначае електричний ошр 1золяци, буде впливати також { на величину основно! похибки вим1рювання температури у цих умовах.
Теоретичш розрахунки показують, що для того, щоб вщхилення НСХ чутливого елемента ЗВТ не виходило за допустим! меж1, встановлеш вимога-ми чинних стандарт1в, питомий електричний ошр електро1золяцшних матерь ал1в не повинен бути меншим вщ значень, наведених у табл. 2.
Науковий вкник НЛТУ Укра'ни. - 2008, вип. 18.3
Табл. 2. Heo6xidHi значення питомого електричного _опору eлeктроiзоляцiйних матeрiалiв_
Тип ЗВТ Питомий електричний отр, р106 Ом. м при температур^ °С
20 300 500 850 1000 1500
Термоперетворювач опору 50000 1000 500 350 - -
Термоелектричний перетворювач 50000 500 35 10 5 0,0005
KpiM цього, як елемент конструкцп ЗВТ електроiзоляцiйнi MaTepiam повинш також витримувати мехатчт навантаження i захищати чутливий елемент вщ впливу дослiджувaного середовища, тобто мати певш значення гpaницi мщносл на розтягування a i модуль пружност Е.
Таким чином, основними параметрами, що визначають пpидaтнiсть мaтepiaлiв для використання !х як eлeктpоiзолятоpiв високотемпературних ЗВТ е: питомий електричний ошр (впливае на величину основно! похибки ви-мipювaння температури), хiмiчнa сумiснiсть з термометричними мaтepiaлaми та захисною арматурою, нaявнiсть домiшок, що впливають на стaбiльнiсть властивостей термометричних мaтepiaлiв, а також тeхнологiчнiсть, термос-тiйкiсть, гaзощiльнiсть, тощо (оскiльки вони е елементами конструкцп ЗВТ).
Враховуючи сказане вище, запропоновано кpитepiй вибору тепло- та iзоляцiйних мaтepiaлiв Км при констpуювaннi реальних констpукцiй високотемпературних ЗВТ:
a ■ Твз - а-106 (3)
Км = а■А, ■ Т ■ E ' (3)
w 1Лооп 1 хп ^
де: 1 • 106 м2/с - коeфiцiент пpопоpцiйностi, введений для того, щоб числове значення критерш було бeзpозмipним i прийнятним для практичних розра-хункiв; а - температурний коефщент лiнiйного розширення мaтepiaлу; А0оп -допустиме значення основно! похибки приймача згiдно з чинною на нього нормативно-техшчною докумeнтaцiею.
Проведет автором розрахунки i експериментальш дослiджeння теплота eлeктpоiзоляцiйних мaтepiaлiв показують, що для нaдiйного вимipювaння у високотемпературних (вище 1000 °С) газових середовищах, з забезпечен-ням ЗВТ необхщних мeтpологiчних характеристик, мaтepiaли повиннi мати значення Км не нижче, шж 0,8.. .1,0.
Л1тература
1. Рогельберг И.Л., Бейлин В.И. Сплавы для термопар. - М.: Металлургия, 1983. - 360 с.
2. Куритнык И.П., Бурханов Г.С., Стаднык Б.И. Материалы высокотемпературной термометрии. - М.: Металлургия, 1986. - 208 с.
3. Куритнык И.П., Гиль Б.И., Фединец В.А., Стаднык Б.И. Приборы для измерения температуры газовых потоков. - М.: ЦНИИТЭИприборостроения - 1987, вып. 1. - 40 с.
4. Хаяк Г.С., Куранов А.А., Чебыкин М.А. Промышленные изделия из благородных металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1985. - 264 с.
5. Kinzie P.A. Thermocouple Temperature Measurement/ N.Y.-L.: Wiley-Intersciens Publ., 1973. - 278 p.
6. Данишевский С.К., Сведе-Швец Н.И. Высокотемпературные термопары. - М.: Металлургия, 1977. - 231 с.
3. Технолопя та устаткування лковиробничого комплексу
133
