Прочитав фразу «измерение температуры», подавляющее большинство граждан невольно представит в голове картинку из детства, когда доктор давал подержать под мышкой стеклянный градусник, заполненный ртутью. Действительно – знать температуру тела нужно, чтобы понять, что происходит в организме и какое нужно лечение. Но контролировать температуру в технике, в машинах и механизмах – не менее важно для их нормальной работы. Ртутные градусники здесь не подойдут, инженеры используют совсем другие приборы. Чаще всего можно встретить разные термопары, на изготовление которых идут металлы с загадочными для непрофессионала названиями: хромель, копель, алюмель … Что это такое и как оно работает – попробуем разобраться.
Физикам знаком термоэлектрический эффект – явление, возникающее, если два куска из разных металлов соединить между собой одним концом, и нагреть место контакта. При этом возникает разность потенциалов между горячим и холодными концами проводов, величина которой по определенному правилу связана со степенью нагрева. Поэтому измеряя эту величину (ее называют термо-ЭДС) специально настроенным вольтметром, можно довольно точно узнать температуру нагретого спая.
Термоэффект характерен для многих металлов, однако лишь единицы из них используют на практике для создания датчиков. Причины здесь различны. К примеру, отличные термопары можно изготовить из проволоки драгоценных металлов – платины и платино-родиевого сплава. Вот только цена такого датчика окажется дороже, чем весь остальной механизм. Другие металлы плохо переносят нагрев, теряют прочность, быстро окисляются. Величина термо-ЭДС выбранной комбинации проводов тоже желательна не низкая и желательно линейно зависящая от температуры.
Поэтому преимущественное применение в технике нашли лишь несколько наборов особо подобранных сплавов, обладающих сразу всем комплексом нужных качеств. Они жаростойкие, то есть могут долго работать не теряя свойств при нагревании до 600 градусов и даже выше. При этом металлам нужно сохранять нужную прочность и упругость, чтобы датчики не теряли форму. Материалу надо быть стойким к окислению в агрессивной атмосфере, ведь измерять температуру приходится и в химическом реакторе, и в разогретом моторе в соседстве с активной смазкой, и в десятках других непростых сред. Наконец, желательно использовать недорогие доступные металлы, не содержащие дефицитных добавок.
Лучше других указанным критериям подошли никелевые сплавы хромель и алюмель, а также медно-никелевый копель. Алюмель почти полностью (на 91-95%) состоит из никеля с добавкой по 1-2% марганца, алюминия и кремния. В составе хромеля порядка 90% никеля и 10% хрома. Копель отличается от них тем, что его относят к группе медных сплавов – 55-57% меди, 42-44% никеля с кобальтом.
Термопары типа ТХК (хромель-копель) и ТХА (хромель-алюмель) – самый частый случай термодатчиков практически во всех технических и научных приборах, для работы в диапазоне от минус 200 до 1100 градусов. Их можно встретить и в быту – там, где есть детали, нагретые до температур больше 100 градусов (электрические паяльники, утюги, духовки газовых или электроплит, хлебопечки, множество иных полезных приборов).
*На правах рекламы
