Caractéristiques du dopage

Les thermocouples en tungstène-rhénium sont disponibles pour mesurer les températures les plus élevées. Un ajout de 5 % de rhénium à l'électrode TP positive augmente sa plasticité et sa température de recristallisation. Pour obtenir une thermoélectricité maximale, la proportion de rhénium dans la thermoélectrode négative doit être aussi différente que possible de celle de la thermoélectrode positive. Mais à 32 % de rhénium et plus dans l'alliage W-Re au-dessus de 1100 °C, des phases intermétalliques se forment et la précision des lectures des capteurs diminue. Un tel alliage sera inhomogène - lorsqu'il est chauffé de manière significative, le rhénium s'évapore, ce qui augmente également la précision. C'est pourquoi un alliage de rhénium à 25-26 % est utilisé aux États-Unis et un alliage à 20 % en URSS. Cependant, la précision du thermocouple BP5/20 à t° 900-2100°C diminue linéairement. Afin d'accroître la stabilité des thermocouples BP, ceux-ci sont alliés avec des additifs silico-alcalins (0,1-0,5% KCl, 0,1-0,5% Al ;, O3, 0,1-0,5% SiO2). Cela permet de réduire l'erreur pour les mesures à haute température d'un facteur allant jusqu'à 3.

Détails de l'étalonnage

La table de gradation pour les thermocouples ВР5/20 a été mise au point en 1968. L'étude la plus complète de l'augmentation de l'erreur due à l'inhomogénéité des électrodes ВР et au shuntage de l'isolation à haute température a été réalisée par le professeur Gordov (VNIIM). Les spécifications relatives à la fabrication des thermocouples BP ont été adoptées en 1973 et insérées dans le GOST 6616-74. En 1977, le GOST 3044-74 a été introduit et a normalisé la NCSH (caractéristique statique nominale), développée sur la base de l'échelle de température MPTSh-68.

Le thermocouple VR5/20 a été étalonné par plusieurs organismes : à Ekaterinbourg à l'Institut de métrologie de l'Oural, à Lvov au KB Termopribor et à Podolsk au NPO Luch. Nous avons déterminé la CTM d'un thermocouple dans un four à vide en faisant fondre des fils d'argent, de cuivre, de nickel, de platine, de rhodium, d'iridium, de tantale, enroulés sur la jonction de travail du thermocouple. Jusqu'au point de fusion du platine, l'erreur moyenne quadratique de la graduation a été estimée au point du rhodium. Les relevés du thermocouple GP ont été comparés au thermocouple PR30/6 (jusqu'à 1800°C) et au pyromètre optique. L'erreur minimale pour un thermocouple BP5/20 de classe 2 a été fixée à 0,5 % de l'erreur d'un thermocouple de type B (PR30/6). Pour un thermocouple de classe 3, l'incertitude est supérieure à 0,5%.

Fluctuations de la composition en pourcentage

Selon les spécifications des fils de thermocouple, il est permis de faire varier le pourcentage de rhénium dans l'alliage jusqu'à 0,5 % et le pourcentage d'impuretés jusqu'à 0,1 %. Par conséquent, il y a une variation de la force électromotrice thermique dans différents lots de fils. Dans une bobine de fil, la variation de la force électromotrice thermique est autorisée jusqu'à 50 μV à 1500 °C.
GOST 3044-77 normalise trois étalonnages rapprochés pour le thermocouple BP5/20 : A-1, A-2 et A-3. Les graduations A-2 et A-3 sont situées respectivement au-dessus et au-dessous de la graduation de base A-1 avec une plage de travail de 1000 à 2500 °C et ne va que jusqu'à 1800 °C.

Production

Dans les années 1980, environ 150 kg de fils de thermocouple BP5 (BAP5) et BP20 étaient produits chaque année. Le fil était utilisé pour les besoins des instituts de recherche scientifique et des bureaux d'études de construction aéronautique, ainsi que pour la production de matériaux composites. Le principal consommateur était la métallurgie. Pour mesurer la température du métal en fusion, les thermocouples BP ont remplacé avec succès les coûteux thermocouples en platine-rhodium, tant en Union soviétique que dans les pays du CAEM. L'effondrement du camp socialiste au début des années 1990 a entraîné une crise de la production industrielle et une chute de 60 % de la consommation de fils de thermocouple. Aujourd'hui, la reprise de la production nécessite des capteurs à haute température de plus en plus fiables, tels que les thermocouples.

Aujourd'hui, environ 90 kg de fils de thermocouple HP5 et HP20 d'un diamètre de 0,35 à 0,5 mm et d'une longueur totale de 20 km sont produits chaque année. L'alliage est produit par métallurgie des poudres. Un mélange de poudre de tungstène et de sel de perrénate d'ammonium (NH4ReO4) est pressé en piles, puis fusionné et laminé en fil. En raison de la teneur "flottante" en rhénium des alliages BP5 et BP20, il n'a pas encore été possible d'optimiser radicalement les caractéristiques thermoélectriques du thermocouple. Toutefois, les progrès récents de la micrométallurgie, l'introduction d'additifs de nano-alliage et les améliorations de l'analyse des métaux ont déjà commencé à améliorer la situation.

L'utilisation de

Ces thermocouples ne sont utilisés que dans des environnements sous vide ou inertes. Pour élargir leur champ d'application, une gaine scellée spéciale remplie de gaz inerte a été mise au point pour protéger les thermocouples dans un environnement carboné (par exemple, un four sous vide avec des éléments chauffants en graphite) et dans des environnements oxydants. Par exemple, un thermocouple scellé dans une gaine en molybdène est conçu pour contrôler la température dans un four sous vide pour le frittage de pastilles de combustible et a une durée de vie allant jusqu'à 1 000 heures à 1 750 °C dans un environnement agressif. D'autres convertisseurs de température VR scellés dans des gaines en aluminium monocristallin (leucosaphir) avec une durée de vie de 2000-3000 heures à 1600°C dans des milieux oxydants ont été développés. Ils sont également utilisés dans les sondes de température pour contrôler la température des métaux, des sels ou du verre en fusion.

Ces capteurs de température sont utilisés dans des environnements très corrosifs et leur durée de vie dépend uniquement de l'adéquation de la gaine de protection. À des températures comprises entre 1000°C et 1700°C, ils remplacent les thermocouples platine-rhodium si l'erreur admissible est inférieure à 0,5 %.

Qualification des fils de thermocouple

Réalisée dans un four conventionnel à haute température. Les thermocouples, constitués de morceaux de fil HP prélevés au début et à la fin des bobines, sont placés dans un boîtier en leucosaphir et y sont scellés. L'étalonnage est effectué dans la plage 600-1700°C à l'aide d'un thermocouple de référence PR30/6 placé dans le même four. Cette méthode, plus simple et moins coûteuse que l'étalonnage dans un four à vide, permet de réaliser jusqu'à 90 % des applications d'étalonnage de thermocouples. Les thermocouples HP étant des moyens très fiables, et souvent les seuls possibles, de mesurer la température dans la plage de 1500-2500°C, ils sont inclus dans les normes de la CEI et sont demandés partout.

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