/
Текст
МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР
ЦЕНТР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
ПО ЭНЕРГЕТИКЕ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ В
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ
№ 12'13(201-202)
МШСПКПО 11ЕГГЕТШ МЕПНМПиа СССР
«НТР МЛ11-ТЕИ1ЧЕСК11 М1Р1АШ
I НЕРГЕТ1КЕ UEKTPMIUUI
ИНФОРМАЦИЯ
Серия: СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ Д НЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА
МОНТАЖЕ ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Методы контроля температуры
При монтаже трубопроводов и трубных систем ТЭС и АЭС прово-
дится термическая обработка сварных соединений в зависимости от
марки стали и толщины стенки трубы по режимам высокого отпуска с
нагревом до температуры 650-750°С и выдержке в течение 1-5 ч, нор-
мализация с нагревом до температуры 925-975°С и выдержкой 5-10 мин,
а также аустенизация с нагревом до температуры Ю00-П00°С и вы-
держкой 1-1,5 ч.
Контроль температуры термической обработки сварных соединений
является наиболее важной и ответственной операцией, определяющей
качество термической обработки.
Приборы контроля температуры в СССР выпускаются в соответствии
с требованиями ГОСТ 12997-67 "Государственная система промышленных
приборов и средств автоматизации". Соблюдение этих требований обес-
печивается единой государственной системой промышленных приборов и
средств автоматизации (ГСП), предусматривающей широкую унификацию и
стандартизацию средств измерений, повышение точности, надежности и
долговечности приборов и др.
Для контроля температуры при термообработке сварных стыков труб
и других операций термообработки на монтаже ТЭС и АЭС наиболее ши-
рокое применение получили термоэлектрические пирометры, кроме того,
попользуются оптические и фотоэлектрические пирометры излучения, а
также термоиндикаторные материалы. Термоэлектрические пирометры и
© ИНФОРМЭНЕРГО, 1977г.
пирометры излучения являются основными и наиболее сложными из всех
приборов, применяемых для контроля температуры. От их правильной
работы во многом зависит точность проводимых измерений.
качество приборов в основном характеризуется чувствительностью,
точностью и быстротой измерения. Точность измерительного прибора
определяется достоверностью показаний, т.е. степенью отклонения
результатов измерения от действительного значения измеряемой вели-
чины. Чем меньше величины возможных погрешностей (ошибок), тем вы-
ше качество измерения. Чувствительностью прибора называется способ-
ность отзываться на небольшие изменения температуры. Более высокой
чувствительностью обладают приборы со шкалой, имеющей небольшую
цену деления, что позволяет точнее измерять температуру.
Для всех приборов в зависимости от их назначения, качества и
предела измерения нормами устанавливаются допустимые основные по-
грешности, выражаемые в абсолютных или относительных (приведенных)
величинах. Допустимая основная погрешность характеризует наибольшее
(предельное) отклонение показаний прибора от действитель-
ного значения в обе стороны, в связи с чем перед ней ставятся зна-
ки "+". Приведенная основная погрешность 5 прибора, определяемая
в зависимости от абсолютной основной погрешности О. при верхнем
и нижнем Лн предельных значениях шкалы прибора, выражается
в процентах шкалы согласно равенству:
В соответствии с величиной приведенной основной погрешности
приборы имеют различные классы точности, условное обозначение ко-
торых соответствует размеру основной погрешности. Согласно сущест-
вующим нормам теплотехнические измерительные приборы имеют различ-
ные классы точности: 0,05, 0,1’, 0,15", 0,25; 0,4; 0,5; Г, 1,5,
2,4 и 4. Обычно класс точности указывается на циферблате прибора.
Термоэлектрические пирометры и пирометры излучения, применяе-
мые для контроля температуры при термической обработке на монтаже
ТЭС и АЭС,разделяются на следующие группы.
По способам отсчета показаний температуры:
приборы с непосредственным отсчетом, показания которых на от-
счетном приспособлении появляются автоматически (автоматические по-
тенциометры и др.);
приборы с управляемым отсчетом, требующие для получения отсче-
та некоторых операций по регулировке и наводке его отсчетных приспо-
2
соблений или других частей (неавтоматические потенциометры, опти-
ческие пирометры и др.).
По задачам, выполняемым приборами;
показывающие приборы (большинство милливольтметров и др.);
самопишущие (регистрирующие) приборы (автоматические потенцио-
метры, фотоэлектрические пирометры и др.);
регулирующие приборы (автоматические потенциометры со специ-
альными приставками, фотоэлектрические пирометры и др.).
По метрологической классификации;
образцовые (контрольные) приборы, предназначенные для поверки
и градуировки рабочих приборов (контрольные потенциометры);
рабочие приборы, предназначенные для практического измерения
температуры (автоматические потенциометры, милливольтметры и др.).
По способу установки;
стационарные приборы, предназначенные для проведения контроля
при установке в стенды, шкафы и др. (автоматические потенциометры,
фотоэлектрические пирометры и др.);
переносные приборы, предназначенные для работы в условиях час-
того перемещения с одного рабочего места на другое (контрольные по-
тенциометры, оптические пирометры и др.).
Для обеспечения точности измерения температуры термоэлектричес-
кие пирометры и пирометры излучения проходят государственную по-
верку в лабораториях Государственного комитета стандартов СССР со-
гласно ГОСТ 8002-71 "Государственная система обеспечения единства
измерений. Организация и порядок проведения проверки, ревизии и
экспертизы средств измерения" в следующие сроки:
контрольные и лабораторные потенциометры - не реке одного раза
в год и после каждого ремонта;
рабочие приборы (милливольтметры, автоматические потенциомет-
ры, пирометры излучения и др.) - не реже одного раза в два года и пос-
ле каждого ремонта.
Использование приборов, не имеющих клейм Государственного ко-
митета стандартов СССР, или приборов с‘ просроченным сроком государ-
ственной поверки запрещается.
Для повышения точности измерения температуры рекомендуется про-
водить термическую обработку с использованием установок с программ-
ным устройством, которые обеспечивают автоматический контроль и ре-
гистрацию температуры в процессе всего цикла термической обработки.
Термоэлектрические пирометры
Общие положения
Действие термоэлектрических пирометров основано на свойстве
металлов и сплавов создавать термоэлектродвижущую силу (ТЭДС), за-
висящую от температуры места соединения (опая) двух разнородных
проводников (термоэлекгродов), образующих так называемую термопару
или первичный прибор пирометра. Прибором, измеряющим развиваемую
термопарой ТЭДС, служит чувствительный электроизмерительный прибор
(милливольтметр, потенциометр). При большом расстоянии между мес-
том замера температуры (установки термопары) и чувствительна! элек-
троизмерительным прибором для их соединения используют компенсаци-
онные провода (принципиальная схема соединения показана на рис.1).
Рис.1. Принципиальная схема соединения термопары
о термоэлектрическим пирометром
I - термоэлектрический пирометр; 2 - компенсационный провод;
3 - термопара.
Термопары и компенсационные провода
Термопары выпускаются в соответствии с ГОСТ 6616-74 "Термомет-
ры термоэлектрические ГСП. Общие технические условия".
Термопара относится к термочувствительным приборам, она со-
стоит из двух разнородных металлических проводников (термоэлектро-
дов).
С одного конца эти термозлектроды свариваются между ообой,об-
разуя горячий спай (рабочий конец), который в процессе контроля
температуры присоединяется к контролируемому объекту. Противополож-
ные концы термоэлекгродов называются холодным спаем (свободным кон-
цом), который присоединяется к электроизмерительному прибору.
На всей длине, кроме места горячего спая, термоэлектроды долж-
ны быть изолированы один от другого керамическими--кольцами-бусин-
ками и др.
Термоэлектроды термопары обозначаются знаками "+" и
Положительным термозлектродом считается тот, по которому ток течет
от рабочего конца термопары к свободному. Величина ТЭДС, развивае-
мая термопарой, зависит от температуры рабочего конца горячего спая
термопары, а также от материала термоэлектродов.
Для получения необходимой точности контроля в процессе измере-
ния следует обеспечить постоянную температуру свободных концов.
В качестве термоэлектродных материалов для изготовления термо-
пар применяют главным образом чистые металлы и сплавы, к которым
предъявляются специальные требования.
Наибольшее распространение для изготовления термопар получили
хромель, алюмель и копель (табл.1).
Выбор термозлектродов при изготовлении термопар обуславливает-
ся главным образом необходимостью получения возможно больших значе-
ний ТЭДС (технические данные наиболее ряспроптряпеяных типов термо-
пар приведены в табл.2).
В обозначении типа термопары первым указывается положительный
термоэлектрод, например, хромель-алюмель (хромель - плюс, алюмель -
минус). Подобранная пара термоэлектродов составляет тип термопар
(ТПП, ТХА, ТХК), каждый из которых имеет определенную градуировку
(ПП-1, ХА, ХК), показывающую зависимость между температурой рабоче-
го спая термопары и величиной, возникающей при постоянной темпера-
туре свободных концов (рис. 2 ). В энергостроении наибольшее приме-
нение получили термопары типа ТХА с градуировкой ХА.
768
Термоэлектроды термопар изго-
товляются обычно из проволоки не-
драгоценных металлов (ТХА и ТХК)
диаметром 1,2-3,2 мм и драгоценных
(типа ТПП) диаметром 0,5 мм.
Каждому типу термопар соответ-
ствуют определенные марки, различа-
ющиеся по конструкции, длине, диа-
метру термоэлектронов и т.п.(табл.2)
В монтажных условиях применяются
главным образом термопары марок
TXA-I5M (термоэлектроды d = 3,2 мм)
Можно также применять тсрмо-
Рис.2. Градуировочный график
термопар
и ТХАП-15М (термоэлектроды d=I,2 мм).
пары TXA-XII1 и TXA-I46 (термоэлектподы d^3,2 мм).
Тип термо- пары Тип градуи- ровки Материал терио- электродов Пределы ^змере- Средняя ТЭДС на 100°С раз- ности тем- пературы, мВ Область примерения
положи- тельный отрица- тельный при дли- тельном примене- нии при крат- ковремен- ном при- менении
ТПП ПП-1 Платино- родий Плятиня от -20 до +1300 от -20 до +1600 1,04 Для измерения температу- ры при аустенизации и нормализации
ТХА ХА Х₽°“х> мель Алшель от -50 до +1000 от -50 до +1300 4,03 Для измерения температу- ры при подогреве для сварки, высоком отпуске, нормализации и аустени— задки
ТХК ХК Хро- мель Копель от -50 до +600 от -50 до +800 8,30 Для измерения температу- ры при подогреве для сварки
Химический состав хромеля (90%+ 10% Gt ), алюмеля (95% Л£+ 5% Ж ), копеля (66%Z2/f
+ 44% Mi ), платинородия (90% А + 10% Ж ).
Термопара Материал защитной арматуры
Градуировка Марка Рабочая длина, ы
ХА ТХА-ХШ 0,6-3,2 XI8HI0T или Х25Т
ХА TXA-I46 0,5-2,0 XI8HI0T
ХА TXA-I5I 1,0-2,5 -
ХА ТХАП-15М 15,0 -
ХК TXK-I5I 1,0-2,5 -
ПП-1 ТПП-1УМ 2,75 Фарфор
ПП-1 ТПП-УМ 3,0 Фарфор
Учитывая, что рабочие термопары должны иметь длину не менее
I ы, их нужно заказывать длиной 1,6-1,25 м, таи как в процессе ра-
боты в связи с частой сыеной горячих спаев длина термопар посте-
пенно уменьшается ша подготовку каждого горячего спая уходит 20-25 мм
длины термопары). Термопары длиной более 1,6 ы можно разделить на
отрезки необходимой длины. При заказе нужно указывать тип и полное
наименование термопары, необходимую длину и количество.
Рекомендуется использовать термопары с термозлектродаии неболь-
шого диаметра (1-2 мм), при которых погрешность измерения меньше.
Компенсационные провода предназначены для переноса свободного конца
термопары от места ее установки в зону с постоянной температурой,
что устраняет искажение ТЭДС. Компенсационные провода состоят из
двух жил, изготовленных из металлов или сплавов, имеющих одинаковые
термоэлектрические свойства с термо электродами термоДары. Килы про-
водов изготовляются в соответствии с ГОСТ 1791-67 "Проволока из ни-
келевого и медноникелевого сплавов для удлиняющих проводов к термо-
парам" .
Отдельные жилы компенсационных проводов имеют различные опозна-
вательные расцветки изоляции для обеспечения правильного подключе-
ния к термопаре. При наименовании компенсационных проводовt также
как и у термопар,первым указывается положительный провод, например,
медь - константан (медь - положительный, константан - отрицатель-
ный). Основные характеристики компенсационных проводов приведены в
табл. 3 и 4. г,
00
Термопара Компенсационный провод Примерное с тивление I вода (Ом) д чений. м опро- и про- ля се- ТЭДС при температу- ре холод- ного спая 0иС и го- рячего _ спая Ю0°С мВ
Тип Традуи- ровка Услов- ное обозна- чение Положительная жила Отридательная жила
матери- ал цвет оплет- ки мате- риал цвет оп- летки 1.0 1,5 2,5
Хромель-алю- Крас- Констан -Кормчие- 0,21
мель (ТХА) ХА М Медь вая тан вая 0,52 0,35 0,64
Хромель-ко- пель (ТХК) ХК ХК Хро- мель Фиоле- товая Копель Желтая 1,15 0,77 0,46 4,1
Платиноро- дий-платина (ТПП) ПП-1 п Медь Крас- ная Сплав ТП Зеленая 0,05 0,03 0,02 6,9
Примечание. Химический состав хромеля (90%Л£ 10% Ct ), копеля (56% Си констан-
тан (60% Си ), сплав ТП (99,4%Си + 0,6%Л£ ).
768
Марка ком- пенсацион- ного про- вода Наименование Токопроводящие хилы
Материал и тип компенса- ционных про- водов Число и номи- нальное сече- ние хилы, М1£
ПКВ Провод компенсационный с поливинилхлоридной изо- ляцией в поливинилхло- ридной оболочке Медь-констан тан (М), Махь-оплав тгПп) Хромаль- копель (ХК) 2x2,5 (с одной про- волокой в хиле)
ПКВ-1 Провод компенсационный с поливинилхлоридной изоляцией То хе 2x2,5 (с одной про- волокой в киле) 2x1-2,5 (с семью про- волоками в
пкгв Провод компенсационный гибкий с поливинилхло- ридной изоляцией в по- ливинилхлоридной обо- лочке — —
ПКГВ-1 Провод компенсационный гибкий с поливинилхло- ридной изоляцией н хиле)
пквп пкл пклэ Провод компенсационный с поливинилхлоридной изоляцией в поливинил- хлоридной оболочке в оплетке из стальной проволоки Провод компенсационный с изоляцией из лавсано- вой пленки с обмоткой стекловолокном или во- локном лавсан в общей оплетке из волокна лав- сан, пропитанного клеем То же, экранированный fl Медь-кон- стантан (М), Хромель-ко- пель (ХК) То хе ► 2x1,0 (с одной про- волокой в хиле) 2x1,5-2,5 (с семью про- волоками в жиле)
кпк-хк Провод компенсационный жаростойкий Хромель- коп ель (ХК) 2x1,0х) 2x1,5 2x2,5
КПК-МК С изоляцией из стекло- волокна в алилиниевой оболочке.двухжильный или трехжильный Мель-кон- стантан (М) 2x1.0 2x1,5 2x2,5
Возможно применение однопроволочннх и многопроволочннх хил. g
В монтажных условиях рекомендуется применять провода экранирован-
вне или в оплетке не стальной проволоки марок ПКДЭ и ПКВП, хорошо
защищенные от влияния внешних электромагнитных полей, образующихся
при сварке, термической обработке и других работах. Учитывая дефи-
цитность проводов вышеупомянутых марок, рекомендуется также приме-
нять провода марок ПКВ и ПКГВ сечением 2x2,5 мм, имешцие хорошую
гибкость и достаточно прочную изоляцию. При заказе проводов должны
указываться марка, число и сечение жил, обозначение пары металлов
и номер технических условий; например, компенсационный провод двух-
жильный с поливинилхлоридной изоляцией сечением 2-,5 мм^ с жилами
медь-константан: ПКВ (2x2,5) М, по МТТУ 16.505.033-67.
В потенциометрах, рекомендуемых для применения в монтажных ус-
ловиях, применяется автоматическое 'иие поправки на температу- .
ру свободных концов термопары, что не требует обеспечения постоян-
ства этой температуры. Аналогичные устройства используются и в не-
которых типах современных милливольтметров (М-64, МР-64-02).
Постоянная температура свободных концов термопары может под-
держиваться при помощи термостата той или иной конструкции. В мон-
тажных условиях для этой цели рекомендуется применять компенсаци-
онные коробки типа КТ-54, осуществляющие автоматическое введение
поправки. Кроме того, соответствующая поправка при работе с милли-
вольтметрами южет вводиться непосредственно персоналом термистов
с помощью корректора нуля прибора.
Рис.З. Схема включения компенсационной коробки
Bj, Bg, ®4 ~ постоянные сопротивления* 1из манганина);^ _ сопротив-
ление из меди, увеличивающееся при возрастании температуры; R - до-
бавочное сопротивление^ Т - термопара; ТП - термоэлектрический .
' пирометр.
Автоматическое введение поправки на изменение температуры сво-
бодных концов термопар типов ТПП, ТХА и ТХК‘может быть осуществлена
с помощью компенсационной коробки типа КГ-54 (схема включения ко-
робки показана на рис.З). В соответствии со схемой, питание короб-
ки осуществляется от постороннего источника постоянного тока. Чув-
10
ствительным элементом служит медное или никелевое сопротивление,
величина которого изменяется в зависимости от окружающей температу-
ры. Остальные сопротивления схемы не зависят от температуры. Короб-
ка включается последовательно с термопарой. При изменении темпера-
туры изменяется значение медного сопротивления и на выводах короб-
ки появляется напряжение, которое суммируется с ТЭДС спаев.
Милливольтметры
Милливольтметр является пирометрическим электроизмерительным
прибором магнитоэлектрической системы, служащим для измерения ТЭДС,
развиваемой термопарой, рабочий конец которой контактирует с на-
греваемым изделием. Изготовляются милливольтметры в соответствии с
ГОСТ 9736-68 "Милливольтметры и логометры для измерения неэлектри-
ческих величин".
Рис.4. Устройство пирометрического милливольтметра
Устройство пирометрического вольтметра показано на рис. 4.
Подковообразный постоянный магнит (I) снабжен полюсными наконечни-
ками (2), между которыми неподвижно укреплен цилиндрический сер-
дечник (3). В кольцевом воздушном зазоре, образованном полюсными
наконечниками и сердечником, расположены две боковые (активные)
стороны прямоугольной подвижной рамки (4), состоящей из последова-
тельных витков изолированной медной проволоки, Рамка, жестко скреп-
II
ленная со стрелкой (5), образует подвижную часть прибора, которая
кокет поворачиваться вокруг оси сердечника. Около опорных кер-
нов (6) расположены две плоские спиральные пружинки (7), к который
присоединены оба конца обмотки рамки и два зажима (8).служащие для
включения прибора в цепь термопары. Ito следовательно с рамкой вклю-
чен добавочный манганиновый резистор (катушка) (9). Стрелка прибо-
ра уравновешивается двумя передвижными противовесами (10).располо-
женными на двух балансировочных усиках, благодаря чему центр тяжес-
ти подвижной системы располагается по оси сердечника (рамки).
При включении милливольтметра в цепь термопары через рамку,
резистор и спиральные пружинки протекает ток, вызывающий появление
вращающегося момента, который поворачивает рамку и стрелку вокруг
оси сердечника. Одновременно с перемещением рамки закручиваются
спиральные пружинки,что создает цротиводействупций момент, величи-
на которого по мере увеличения угла поворота рамки постепенно воз-
растает и приводит подвижную часть в состояние равновесия. Таким
образом, угол поворота рамки (стрелки) прибора, равный углу закру-
чивания пружинок,зависит от силы тока, которая в свою очередь за-
висит от ТЭДС термопары. Предварительная установка от руки стрел-
ки милливольтметра на нулевую или какую-либо другую отметку шкалы
производится при помощи корректора нуля, изменяющего в небольших
пределах угол закручивания верхней спиральной пружины.
Градуировка шкалы технического милливольтметра в °C производит-
ся при определенном значении RgM t которое указывается на шкале при-
бора. Величина Rgff устанавливается равной 0,6; 5,0', 15,0 и
25,0 Ом в зависимости от типа милливольтметра и термопары. Если при
наладке цепи измерений, величина получается меньшей, чем указано на
шкале, то недостающее сопротивление добавляется последовательным
включением во внешнюю цепь подгоночного манган вдового резистора (ка-
тушки) Ия , фи этом величина RgH будет равна: Rg^R^, +Rn+Rc + Rn,
К*- сопротивление компенсационного провода; Rm - сопротивление
термопары; R^~ сопротивление соединительных проводов. Внутрен-
нее сопротивление милливольтметра R* слагается из сопротивле-
ний обмотки рамки Rp и добавочного манганийового резистора (ка-
тушки) последовательно включенного в цепь рамки:
Сопротивление добавочной катушки милливольтметра в несколько
раз превяает сопротивление рамки л служит для уменьшения влияния
12
на показания прибора отклонений температуры окружающего воздуха от
нормального значения (20°С).
При несоответствии условий измерения условиям градуировки и
изменении с течением времени свойств термоэлектрического пирометра
появляется необходимость введения к его показаниям ряда поправок:
основной, на изменение температуры свободных концов, на изменение
сопротивления внешней цепи, на изменение сопротивления милливольт-
метра.
Основная поправка вводится при изменении термоэлектрических
свойств термопары из-за структурного перерождения материала термо-
электродов под влиянием высоких температур, когда ее величина,раз-
виваемая ТЭДС.начинает отклоняться от показаний стандартной градуи-
ровки. Эта поправка,кроме изменения свойств термопары,учитывает так-
же и погрешность показаний милливольтметра, в частности, из-эа по-
явления других деформаций спиральных пружинок или растяжек, износа
трущихся частей и т.п. Учитывая относительно недолгий срок эксплуа-
тации термопар при проведении термической обработки в монтажных ус-
ловиях (быстрый износ термопары вследствие частой смены горячих
спаев), основной поправкой на изменение свойств термопары можно
пренебречь, за исключением случаев, когда термопары используются
после длительного хранения (4-5 лет).
Значения основной поправки к показаниям пирометра устанавлива-
ются поверкой милливольтметра. Поправка на изменение температуры
свободных концов в монтажных условиях обычно вводится перед каждым
циклом термообработки путем перестановки корректором нуля стрелки,
отключенного от термопары милливольтметра, на отметку шкалы, соот-
ветствующую температуре свободных концов.Электрическое сопротивле-
ние внешней цепи и милливольтметра возрастает с повышением темпе-
ратуры проводников, что приводит к уменьшению показаний прибора при
одной и той же ТЭДС термопары. Градуировка шкалы термоэлектрическо-
го пирометра производится при температуре окружающего воздуха 20°С.
Несоблюдение этого условия при измерении требует введения к пока-
заниям пирометра поправки, зависящей от изменения величин электри-
ческого сопротивления внешней цепи и милливольтметра. В условиях
монтажа ТЭС и АЭС применяются главным.образом милливольтметры типов
ИЛЛ Пр-54М, М-64 и МР-64-02 (рис.5 и табл.5). Наиболее современными
являются милливольтметры типа М-64 и МР-64-02. Преимуществами мил-
ливольтметров являются простЬта конструкции и эксплуатации, доста-
точно высокая точность измерение» низкая чувствительность к воздей-
ствию внешних электромагнитных полей. Основным недостатком милли-
Гип милли- вольтметра Краткая харак- теристика Обоз- наче- ние гра- дуи- ров— ки Класс точ- ности Преде- лы из- мерен ния, С Тип приме- няе- мой термо- пары Область при- - менения
МПППр- -54М Показывающий щитовой с про- фильной шкалой (длина шкалы 180 мм), одно- точечный ХК ХА 1,5 1.5 0-800 0-800 0-1100 ТХК ТХА То- же Контроль тем- пературы в централизован- ных пультах управления и контроля тер- мической об- работки и при ручном управ- лении
М-64 Показывающий щитовой с про- фильной шкалой (длиня шкалы 150 мы), одно- точечный ХК ХА ПП-1 1.5 1.5 1.5 0-800 0-800 0-1100 - II — То же
МР-64-02 / Щитовой-профиль- ный показываю- щий, двухпозици- онного регулиро- вания магнито- электрической системы, в комп- лекте с термопа- рами для измере- ния и автомати- ческого регули- рования темпе- ратуры, длина шкалы 160 ш, одноточечный ХК ХА 1.5 1,5 0-800 0-1100 ТХК ТХА Контроль тем- пературы в установках для термичес- кой обработ- ки о про- граммным уст- ройством
При- чания: I. Милливольтметры должны эксплуатироваться при тем-
пературе окружающего воздуха от 10 до 35°С и отно-
сительной влажности 80%.
2. Милливольтметры типа М-64*$ МР-64-02 имеют термо-
компенсатор для~Автоматической компенсации влияния
оке'. температуры. ' \ •'
вольтметров является отсутствие возможности автоматически регистри-
ровать температуру в процессе термической обработки. При заказе
милливольтметров обычно указывают основные технические данные со-
а)
1 xftXFc
Рис. 5. Внешний вид милливольтметров
а - МПЦПР-54М, б - М-64 и МР-64-02
гласно инструкции по эксплуатации приборов (например, для милли-
вольтметров типа М-64 - тип прибора, градуировка и предел измерений,
количество приборов). \
Потенциометры
Потенциометрами называются термоэлектрические приборы, измеряю-
щие ТЭДС компенсационным методом. При этом изменение сопротивления
прибора и внешней термоэлектрической цепи под воздействием темпера-
Рис. 6. Принципиальная
схема потенциометра
туры окружающей среды не влияет на точность
измерения прибора. Кроме того, применение
потенциометра позволяет легко осуществить
автоматическое введение поправки на изме-
нение температуры свободных концов термо-
пары без применения специальных компенса-
ционных коробок. По принципу действия по-
тенциометр отличается тем, что развиваемая
термопарой ТЭДС уравновешивается (компен-
сируется) равным ей по величине, но обрат-
ным по знаку напряжением от вспомогательного источника тока, кото-
рое затем измеряется с большой точностью (рис.6).
15
Потенциометры являются наиболее совериенными вторичными
рами термоэлектрических пирометров.
Принципиальная схема потенциометра показана на рис.6. К
нику постоянного тока (батарея Б) подключена цепь, состоящая
прибо-
источ-
иэ двух
сопротивлений^, и и регулировочного реостата Rp При протекании
тока через сопротивление R? и Rx на -их концах возникают нацряже-
ния, равные произведению тока на величину соцротивлений. Изменяя
реостатом Rp ток можно добиться того, чтобы падение напряжения
на сопротивлении стало равным ЭДС нормального элемента. Положе-
ние равновесия оцределяется с помощью высокочувствительного гальва-
нометра или другого индикатора, подключаемого последовательно в
цепь, образованную сопротивлением R& и нормальным элементом
(переключатель П в правом положении). Точность уравновешивания
зависит от чувствительности гальванометра . Таким образом, задается
точное значение тока в измерительной цепи. Падение напряжения на
сопротивлений сравнивается при помощи того же гальванометра с изме-
ряемым напряжением (переключатель П в левом положении). Чтобы соз-
дать равновесие в цепи R? и Z£ находят соответствующее положение
делителя напряжения И,
Регулировкой величины рабочего тока
сие: е _ _ „
л р е,»
Регулировкой положения делителя 3 на
достигается равновесие
достирается равнове-
сопротивление R
Отсюда
р
сп *1, с-
Таким образом, можно измерить напряжение, имея точные значе-
ния^, R^ и Rx, которые служат в потенциометре рабочими мерами.
Нормальный элемент и сопротивление R^ являются мерами с постоян-
ным значением, a Rx - мерой с переменным значением.
Промышленность выпускает потенциометры трех типов: автомати-
ческие (технические), контрольные (переносные) и образцовые.
Автоматические потенциометры изготовляются в соответствии с
ГОСТ 71.64-74 "Потенциометры и уравновешенные мосты автоматические
ГСП. Общие технические требования".
Наибольшее црименение для контроля температуры цри проведении
термической обработки в монтажных условиях получили показывапцие и
самопишущие автоматические электронные потенциометры, в которых
уравновешивание (компенсация) ТЭДС, развиваемой термопарой, произ-
водится с помощью особого балансирного механизма, содержащего не-
большой асинхронный реверсивный электродвигатель, связанный с движ-
ком реохорда. В автоматических потенциометрах применяется мостовая
электрическая схема включения как более совершенная и обеспечиваю-
щая непрерывное введение поправки на температуру свободных концов
термопары. Рядом с зажимами прибора, к которым присоединяются пос-
редством компенсационных проводов свободные концы термопары, поме-
щается резистор из медной проволоки (катушка), включенный в измери-
тельную цепь потенциометра. Сопротивление этого резистора подобрано
таким, что оно изменяет свою величину в зависимости от температуры
свободных концов, вследствие чего измеряется ТЭДС термопары. При-
менение для этой цели медного резистора вызывается высоким темпера-
турным коэффициентом электрического
сопротивления меди.
На рис.7 приведена прин-
ципиальная схема автоматичес-
кого электронного потенциомет-
ра. Два положения переключате-
ля П соответствуют режимам ус-
тановки рабочего тока и изме-
рения. В устройство для авто-
матической балансировки изме-
рительной схемы входят: вибро-
нин электродвигатель; о-отсчетное
устройство; В-реостат регулировки
рабочего тока; кв- реохорд компен-
сации; EU- нормальный элемент; П -
переключатель; И - измерение; К-
контроль; - измеряемое напряже-
ние; Б — батарея; ft,- сопротивление
Рис.7. Принципиальная схема автома- преобразователь, входной тран—
тического электронного потенциометра сформатор, электронный усили-
I-вибропреобразователь; 2-входной тель переменного тока, ревер-
трансформатор усилителя; 3-усили-
тель переменного тока; 4-реверсив- сивный электродвигатель и
отсчетное устройство. При от-
клонении температуры на вход
вибропреобраэователя подает-
ся небольшое напряжение пос-
. тоянного тока, вызванное
нарушением равновесия (не-
балансом) измерительной цепи потенциометра. В вибропреобразователе
происходит преобразование постоянного тока в переменный. Мощность
сигнала небаланса чрезвычайно мала. Поэтому в автоматических по-
тенциометрах применяют усилители на электронных лампах или Полу-
CD
1 Обоз- наче- ние граду- ировки Класс точ- ности
Гип потен- циометра Наименование и краткая характе- ристика прибора
I 2 3 4
КСП-2 Автоматиче с кий самопишущий, по- казывающий мно- готочечный по- тенциометр с по- лупроводниковым усилителем, с ленточной диа- граммой без ре- ХК 0,5
гулирувщего уст- ХА 0 5
ройства или с трехпозиционным регулированием. Длина шкалы 160 мм.Скорость продвижения диа-
граммной ленты 20-2400 мм/г. Время прохожде- ния указателем всей шкалы 2, 5, 10 с Количе- ство точек-1, 3, 6, 12 ПП-1 0,5
Преде- лы из- мере- ния, °C Электричес- кие харак- теристики Разновидность приборов Область применения Приме- чание 1
напря- жение сети, В пот- ре б- ляе- мая мощ- ность В-А марка число точек изме- рения
• 5 6 7 8 9 10 II
0-600 200-80 0-800 0-900 o-iooo' 0-1300 0-1300 ) ’20 30 КСП-2- 003 да КСП-2- 017; КСП-2- 035 до КСП-2- -042 КСП-2- -023. КСП-2- -0,26 КСП-2- 025 КСП-2- -028 I 3 6 12 Контроль температуры от постов с ручным и дистанци- онным управ- лениями, а также от ус- тановок с программным устройством Неболь- шая чувстви тель- ность к дейст- вию электро - магнит- ных по- лей
I 2 3 4 5 6
КСП-З Электронный ав- томатический самопишущий и показывающий потенциометр с дисковой диа- граммой. Одно- точечный стаци- онарный без ре- гулирующего устройства или с регулирующим устройством. Диаметр диа- граммы 250 ш. Длина шкалы около 600 мм. Время одного оборота диаграм- мы 24 ч. Время прохождения ука- зателем всей длины шкалы 5 и 15 с. ХК ХА Ш-1 0,5 0,5 0,5 0-600 200-800 0-800 0-900 0-1100 0-1300 0-1300 0-1600 127
Продолжение табл. 6
' 7 8 9 10 II
60 Модели 1000, Контроль температуры от постов с ручным и дистанцион- Неболь- шая чув- ства— тель- I ность к1
1300, 2000, 2300, 1001 и др. ным управле- ниями, а так- ие от уста- новок с про- граммным устройством действию электро- магнит- ных по- лей •
I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II
КСП-4 Автоматический электронный, по- казывающий и ре- гулирующий того- точечный потенци- ометр с ленточной диаграммой, без регулирующего уст- ройства или с трехпозиционным регулирующим уст- ройством. Длина шкалы 250 мм.Ско- рость продвижения диаграммной ленты 60-7200 мм/ч. Вре- мя прохождения указателем всей шкалы 1,2,5,10 с. Количество точек 1,3,6,12 ХК ХА 0,25 0,25 200-800 0-800 0-1100 220 40 41.130. 50.001 и др. 41.340. 50.005 И др. 41.440. 50.003 И др. I 3 6 Контроль температуры от постов с ручным и ди- станционным управлением, а также от установок с программным устройством Неболь- шая чув- стви- тель- ность к действию электро- магнит- ных по- лей
ПСМР2 Автоматический электронный, по- казывающий и са- мопишущий. сигна- лизирующий с трех- контакгннм регу- лирующим устрой- ством потенцио- метр, с ленточной диаграммой. Одно- точечный. Длина шкалы 100 мм.Ско- рость движения диаграммной ленты 20, 60, 120 мм/ч. Время прохождения указателем всей шкалы I, 2,5 и 6 с. ХК ХА I I 0-600 200-800 0-800 0-1100 127 50 ПСМР2- 01 I&2- 16 I Контроль температуры от устано- вок с про- граммным устройством Повы- шенная чувст- витель- ность к дей- ствию элект- ромаг- нитных полей
х) Приборы могут работать при температуре окружающего воздуха от 5 до 50°С при относительной
влажности от 30 до °0Л
Рис.6. Внешний вид самопишущих автоматических потенциометров;
а - КСП-2; б - КСП-3; в - КСП-4; г - ПСМР2.
проводниковых триодах, предназначенные для ' ношения мощности
сигнала за счет энергии дополнительного исто «ника.
Усиленный сигнал подается с усилителя на однофазный реверсив-
ный двигатель, который при помощи кинематической связи управляет
перемещением влево или вправо (в зависимости от повыпения или по-
нижения измеряемой температуры) движка реохорда и каретки отсчетно-
го устройства, снабженного указателем, пером или печатакщим бараба-
ном. Реверсивный двигатель находится в работе до тех пор, пока не
наступит новое состояние равновесия(компенсации) системы. Время не-
прерывного пробега кареткой всей шкалы отсчетного устройства харак-
теризует быстроту действия потенциометра.
В условиях монтажа ТЭС и АЭС применяются главным образом само-
пишущие автоматические потенциометры типов KCU-2, КСП-3, КСП-4,
ПСМР2-01 (рис.8, табл. 6).
При заказе потенциометров обычно указываются основные техни-
ческие данные в соответствии с указаниями в инструкция по эксплуа-
тации приборов (например, для потенциометров типа КСП-2 - шифр при-
бора, градуировку и предел измерений, скорость продвижения диаграм-
мной ленты).
Самопишущие автоматические потенциометры по сравнению с милли-
вольтметрами имеют ряд преимуществ. Они обеспечивают высокую точ-
ность измерения, устойчивую автоматическую регистрацию температур
и при необходимости регулируют технологический процесс термообра-
ботки для обеспечения температуры и скорости нагрева, времени вы-
держки и скорости охлаждения в заданном диапазоне.
К недостаткам приборов относятся сложность конструкции и экс-
плуатации, высокая чувствительность к внешним переменным электро-
магнитным полям (у потенциометров с электронным усилителем), меха-
ническим воздействиям (вибрации, перемещению).
Контрольные и образцовые потенциометры
Контрольные (переносные) и образцовые потенциометры постоянно-
го тока (табл.7) относятся к неавтоматическим приборам и предназна-
чены для следующих целей:
непосредственного измерения компенсационным методом электро-
движущей силы и напряжения;
проверки и градуировки вторичных термоэлектрических пирометров
(милливольтметров и автоматических потенциометров) и определения
22
1'аблида 7
Наименование потенциометра Тип прибора Класс точ- ности Пределы измере- ния тэдс, мВ Условия работы
темпера- тура ок- ружающе- го воз- духа, °C влаж- ность, % (не бо- лее)
Контрольный (перенос- ПП-63 0,05 0т25, +10-+35 80
ный) 0-50, 0-100
То же КП-59 0,05 0-50, O-IO0 +10-+35 80
Образцовый Р 330 0,05 0-20,11] 0-201,11 -t-15 - +30 80
градуировочных характеристик технических термопар в цеховых и ла-
бораторных условиях;
получения плавно регулируемого напряжения постоянного тока.
Изготовляются контрольные (переносные) потенциометры в соответ-
ствии с ГОСТ 9245-68 "Потенциометры постоянного тока измерительные".
Рис.9. Контрольный (пере-
носный) потенциометр ти-
па КП-59
В монтажных условиях широкое при-
менение получили контрольные (перенос-
ные) потенциометры типа 1Ш-63 и КП-59
(рис.9), которые применяются для провер-
ки работы автоматических потенциометров,
милливольтметров и термопар непосредст-
венно на рабочих местах, а также образ-
цовые потенциометры типа Р-330, исполь-
зуемые для этих же целей в лабораторных
условиях. В некоторых случаях контроль-
ные (переносные) потенциометры могут
быть использованы непосредственно для
измерения температуры в процессе терми-
ческой обработки (путем измерения элек-
тродвижущей силы и определения темпера-
туры с помощью специальных таблиц).
Контрольные (переносные) и образцовые потенциометры имеют слож-
ную электрическую схему, поэтому для работы с ними могут быть до-
23
пущены только специально обученные и аттестованные электрики и
термисты.
Пирометры излучения
Общие положения
Действие пирометров излучения основано на измерении излучаемой
телом энергии, зависящей от его температуры и физико-химических
свойств. В отличие от других типов пирометров измерительная часть
пирометров излучения не подвергается вредному влиянию высокой темпе-
ратуры и не искажает температурного поля, так как находится вне из-
меряемого тела. С повышением температуры нагретого тела изменяется
его цвет и одновременно увеличивается интенсивность монохроматичес-
кого (одноцветного) излучения (яркость), также заметно увеличивает-
ся интегральное (полное) излучение энергии, что позволяет использо-
вать эти два свойства нагретых тел для измерения температуры.
Шкалы пирометров излучения даются применительно к измерению тем-
пературы абсолютно черных тел, поглощающих все падающие на них лучи
(коэффициент поглощения равен единице) и обладающих наибольшей ин-
тенсивностью излучения. Физические тела обладают способностью отра-
жать часть падающих на них лучей, и, следовательно, всегда имеют
коэффициент поглощения меньше единицы. Поэтому пирометры излучения
показывают всегда более низкую по сравнению с действительной темпе-
ратуру нагретого тела; для уточнения показаний необходимо вводить
поправку по специальным таблицам заводов-изготовителей. Эти таблицы
имеются в инструкциях по эксплуатации п<фометров.
Пирометры излучения применяются для измерения температуры на-
гретых тел в пределах 100-6000°С и разделяются на два типа: час-
тичного (оптические и фотоэлектрические) и полного излучения (радиа-
ционные) .
В условиях монтажа ТЭС и АЭС пирометры частичного излучения
находят применение для контроля температуры при термической обра-
ботке с большими скоростями нагрева (проведение нормализации и не-
полной нормализации сварных стыков труб с небольшой толщиной стен-
ки, аустенизации холодных гибов труб и т.п.). Пирометры полного из-
лучения в монтажных условиях применения не получили.
Оптические пирометры
Оптические пирометры изготовляется в соответствии с ГОСТ
8335-74 "Приборы визуальные с исчезающей нитью". Они относятся к
пирометрам частичного излучения. С помощью этих пирометров произво-
дится визуальное сравнение монохроматической яркости нагретого тела
(излучателя), температуру которого измеряют по яркости нажала нити,
встроенной в прибор пирометрической лампы. При измерении дугообраз-
ную нить лампы через оптическое приспособление (телескоп) наводят
на поверхность излучателя и добиваются уравнения яркостей обоих ис-
точников света путем изменения реостатом силы тока,питающего лампу.
Излучатель f fi ц
I 2 \Se
15
13
наблюдателя
10
16
19
Рис.10. Оптический пирометр типа 0ППИР-0174
а - вид нити в процессе измерения температуры
б - схема пирометра
Если яркость нити меньше яркости излучателя (рис. 10,а), на
светлом фоне нить будет казаться черной (состояние I), если же
наоборот, излучатель имеет меньшую яркость, нить будет проектиро-
ваться светлой линией на более темном фоне (состояние П). При сов-
падении монохроматической яркости нити .и излучателя, т.е. при на-
ступлении состояния равновесия, изображение средней изогнутой части
нити, имеющей более высокую температуру, чем ее концы, сольется со
светлым фоном излучателя и как бы исчезнет из поля зрения наблюда-
теля (состояние Ш). В этот момент производится отсчет температуры
тела по шкале амперметра, включенного в цепь пирометрической лампы
и градуированного в °C. Наиболее распространенным оптическим пиро-
метром является ОППИР-017 (рис.10,6). Прибор состоит из телескопа
Т с пристроенным к нему дифференциальным амперметром и источника
питания постоянного тока Б напряжением 2-2,5 В. Телескоп пирометра
представляет собой расширенную посредине зрительную трубу (I) с объ-
ективом (2) и окуляром (3). В фокусе объектива установлена пиромет-
рическая лампа (4) с дугообразной вольфрамовой нитью, соединенная
последовательно с реостатом (5), служащим для изменения накала нити.
Реостат расположен в уширенной части зрительной трубы и
онабжен кольцевой рукояткой (6) с движком (7), позволяющей наблюда-
телю регулировать ток, не отвлекая внимания от яркости нити. Для
получения монохроматического излучения с длиной волны 0,65 мкм пе-
ред окуляром установлен красный стеклянный светофильтр (8), а за
ним - выходная диафрагма (9), перед которой при измерении находится
глаз наблюдателя. Между объективом и пирометрической лампой помеще-
но поглощающее (затемненное) стекло (10), укрепленное на поворотной
головке (II), при помощи которой оно может быть поставлено перед
лампой или отведено в сторону. Поглощающее стекло служит для увели-
чения верхнего предела показаний пирометра, так как оно ослабляет
видимую яркость излучателя в несколько раз при неизменной яркости
нити ламп. Встроенный в телескоп пирометра дифференциальный ампер-
метр, состоящий из двух рамок (12), постоянного магнита (13).стрел-
ки (14) и шкалы (15), имеет два диапазона измерений (двойную шкалу):
первый - при работе без поглощающего стекла с пределами температуры
800-1400°С и второй - при введенном стекле с пределами 1200-2000°С.
Пирометрическая лампа установлена на колодке (16) с двумя контакт-
ными стержнями (17), к которым присоединены провода от щелочного
аккумулятора, расположенного для удобства переноски в специальной
сумке (применяются также оптические пирометры с питанием от элект-
рической цепи). Некоторые технические данные оптического пирометра
ОППИР-017 приведены в табл.8.
Каждый прибор имеет индивидуальную градуировку, действительную
только для данной пирометрической лампы. При замене лампы шкала при-
бора должна быть пёреградуировЕ1на. Преимуществами оптических пиро-
метров являются сравнительно высокая точность измерения (при усло-
вии проведения контроля температуры опытным термистом), компактность
прибора и простота обращения с ним. К числу его недостатков следует
26
Тип пирометра излучения Марка пирометра Пределы изме- рений темпе- ратуры, °C Основная погреши ность, с
Оптический 0ППИР-017 (модификация I) 800-1400 + 20 + 30
Фотоэлектрический ФЭП-4М ФЭП-4 600-1100 + 15
отнести потребность в источнике питания, невозможность стационарно-
го измерения температуры и автоматической ее записи, а также субъ-
ективность метода измерения, основанного на индивидуальной чувстви-
тельности зрения наблюдателя.
Фотоэлектрические пирометры
Фотоэлектрический пирометр представляет собой автоматический
показывающий и записывающий прибор частичного излучения, предназна-
ченный для непрерывного измерения и записи температур неподвижных
или движущихся тел в производственных условиях, нагретых до видимо-
го свечения. По сравнению с оптическими (визуальными) пирометрами
частичного излучения они обладают существенными преимуществами, так
как позволяют определять температуру объективным и безынерционным
методом. Действие фотоэлектрического пирометра основано на свойстве
фотоэлемента изменять возникающий в нем фотопоток пропорционально
падающему на него от излучателя световому потоку. Получаемый фото-
ток имеет небольшую величину, поэтому для удобства измерений его
усиливают с"помощью электронного усилителя. В этих приборах обычно
используется узкая часть области спектральной чувствительности при-
меняемых в них фотоэлементов; эта область спектра выделяется из
улавливаемого объективом светового потока при помощи красного стек-
лянного фильтра. В связи с этим эффективная длина волны фотоэлект-
рического пирометра близка к длине волны 0,65 мкм, принятой для оп-
тических пирометров, что практически приводит к совпадению показа-
ний обоих приборов.
Общий.вид и измерительная схема наиболее распространенного фо-
тоэлектрического пирометра типа ФЭП-4М приведены на рис.II. Иэмери-
тельная схема прибора состоит из визирной головки ВГ, силового бло-
ка СБ, феррореэонансного стабилизатора напряжения СН и быстродейст-
вующего электронного потенциометра ЭП (рис.11,6). Визирная головка
пирометра устанавливается перед излучателем, изображение которого
фокусируется объективом (I) с диафрагмой в плоскости верхнего отвер-
стия кассеты красного светофильтра (2),расположенного перед фото-
элементом (З).На нижнее отверстие кассеты падают лучи от лампы нака-
ливания (4).включенной в анодную цепь выходного каскада силового бло-
ка СБ и служащей для получения обратной связи по световому потоку.
Рис.II. Фотоэлектрический пирометр типа ФЭП—4М
в — ВИД j I - визирная головка; 2 — шкафный щит; 3 — потенцио-
метр КСП-4; 4 - силовой блок; 5 - соединительный кабель; 6 - соеди-
нительная коробка;
б — измерительная схема: I — объектив; 2 — кассета красного свето-
фильтра; 3 - фотоэлемент; 4 - лампа накаливания; 5 - заслонка;
6 — электронный усилитель; 7 — окуляр; 8 - отражатель.
Верхнее и нижнее отверстия кассеты открываются попеременно с часто-
той 50 Гц при помощи заслонки (5), вибрирующей под воздействием об-
28
мотки, питаемой переменным током. Благодаря выбранной форме отверс-
тий кассеты на фотоэлемент падают синусоидально изменяющиеся свето-
вые потоки от излучателя и лампы накаливания. В результате к элек-
тронному усилителю (6) подается переменное напряжение, амплитуда
которого зависит от разности фототоков, возникапцих при освещении
фотоэлемента излучателем и лампой накаливания. Благодаря этому при
изменении температуры ток в цепи лампы накаливания меняется автома-
тически до величины, обеспечивающей одинаковую освещенность фото-
элемента от обоих источников света. Падение напряжения, вызываемое
этим током на постоянном резисторе, измеряется периодически потен-
циометром и его величина служит мерилом температуры излучателя.Пра-
вильность наводки пирометра на излучатель контролируется при помо-
щи окулфа (7) и отражателя (8).
Фотоэлектрический пирометр типа ФЭП-4М позволяет измерять тем-
пературу на расстоянии 200 мм и более от излучателя, причем диаметп
пятна нагретой поверхности не должен быть меньше 0,045 этого рас-
стояния (некоторые технические данные фотоэлектрических пирометров
приведены в табл. 8).
Визирная головка устанавливается на специальной подставке в
непосредственной близости от объекта контроля температуры, осталь-
ные приборы размещаются в шкафном щите размером 2200x680x600 ш.
Наибольшее допустимое расстояние от визирной головки до шкаф-
ного щита - 50 м.
Фотоэлектрический пирометр ФЭП-4М комплектуется показывающим ж
автоматически записывающим потенциометром типа КСП-4 с сигнализиру-
ющим трехпозиционным устройством и реостатным устройством для дис-
танционной передачи показаний. Эго позволяет автоматизировать про-
цесс термической обработки.
Тармо инд идя торя ВвТвриалы
К таким материалам относятся термоиндикаторные карандаши, тер-
моиндикаторные краски, цветные термоиндикаторы плавления, высоко-
чувствительные неокрашенные и цветные термоиндикаторы.
Термоиндикаторные карандаши представляют собой стержни, изго-
товленные из специальной массы. Они предназначены для измерения
температуры нагрева металлических конструкций.
Выпускаемые в СССР термоиндикаторные карандаши работают на
принципе изменения под влиянием соответствующей температуры цвета
штркха, нанесенного на поверхность нагреваемого изделия.
Выпускаемые Рижским лакокрасочным заводом термоиндикаторные
карандаши рассчитаны на контроль температуры в пределах 130-470°С
(табл.9). Эти карандаши изготовляйся из воска и термочувствитель-
ных веществ и имеют следующие размеры: длина 65+3 мм, диаметр
8+1 мм. Упаковываются в картонные коробки по 10 карандашей одной
марки. В дальнейшем ассортимент термоиндикаторных карандашей будет
расширен до 31 марки для измерения температуры в пределах П0-600°С-
Точность измерения температуры термоиндикаторными карандашами доста-
точно высокая (величина погрешности +Ю°С).
Таблица 9
Марка термо- индикаторного карандаша Температура перехода- цвета, С * Цвет штриха термоиндикаторного карандаша
исходный после воздействия температуры
НО 130 Нелгый Оранжевый
250 250 Зеленый Светло-коричневый
260 300 Охристый Красно-коричневый
480 400 Белый Светло-коричневый через бежевый
В тресте "Теплоэнергомонтаж" разработаны термоиндикаторные
карандаши для контроля температур 230, 300, 320 и 400°С.
Термоивдикаторные карандаши на монтаже ТЭС и АЭС'получили ши-
рокое применение для контроля температуры при проведении предвари-
тельного и сопутствующего подогрева для сварки, для контроля темпе-
ратуры свариваемого соединения непосредственно в процессе сварки
и т.п.
В некоторых случаях при проведении предварительного подогрева
перед сваркой для измерения температуры в'пределах 45-800°С могут
быть применены термоиндикаторные краски. Термокраски представляют
собой суспензию термочувствительных соединений, пигментов и напол-
нителей в лаке (на основе синтетических смол). По изменению цвета
краски, нанесенной на поверхность твердого тела, определяется тем-
пература; температура перехода строго определена для каждой краски
(техническая характеристика наиболее распространенных термоиндика-
торных красок приведена в табл. I0J,
Для измерения температуры от 36 до 254°С могут быть использо-
ваны цветные термоиндикаторы плавления, которые представляют собой
30
одну из разновидностей термокрасок (в табл.II приведены техничес-
кие данные цветных термоиндикаторов правления с температурой пере-
хода более Ю0°С).
Таблица 10
Марка краски Температура перехода (ориен- тировочная) , °C Цвет штриха
исходный после воздействия температуры
50 НО Светло-розовый Светло-фиолетовый
19 150 Светло-бирюзовый Коричневый
230 200 Зеленый Беж
26 320 Бледно-сирене- вый Черный с синеватым оттенком
12 360 Синий Беж
230 400 Зеленый Белый через беж
240 250 Бирюзовый Белый
Высокочувствительные неокрашенные и цветные термоиндикаторы
такие являются разновидностью термоиндикаторных красок и применяют-
' ся при измерении температуры в пррделах 35-220°С (в табл.12 приве-
дены марки термоиндикаторов для контроля температуры от 100 до
222°С). Эти термоиндикаторы представляют собой суспензию высоко-
дисперсных веществ, обладающих строго определенной температурой
перехода от одного цвета к другому.
Все жидкие термэиндикаторные материалы (термокраски, цвещдые
термоиндикаторы плавления, высокочувствительные неокрашенные л цвет-
ные термоиндикаторы) поставляются в герметически закрытой таре
(стеклянных баночках). г
Таблица II
‘ Марка Температура перехода, иС Цвет штриха
до воздействия температуры после достижения тем- пературы перехода
.ТП-102 102 + 2 Сг етло-розовый Малиновый
TIL-155 15 5 «б Абрикосовый Оранжевы®
ТП-212 212 + I Светло-желтый Желтый прозрачный
Тип высоко- чувствитель- ных индика- торов Марка термоин- дикато- ров Температура ' перехода, °C Цвет штриха
до воздейст- вия темпера- туры после достиже- ния температуД ры перехода
Неокрашен- ный ТИ-105 ТИ-150 ТИ-210 (103-107)+!,5 (148-152)+1,5 (208-212)+2 Белый То же Прозрачный То же
Цветной ТИ-105 ТИ-150 ТИ-220 (103-107)+1,5 (148-152)+1,5 (218-222)+1,5 Синий Еелтый Зеленый Зеленый Розовый Розовый Прозрачный 1 То же ...
В некоторых случаях, для контроля температуры подогрева могут
быть использованы обыкновенные спички. Головка спички воспламеняет-
ся мгновенно при прикосновении к металлу, нагретому до температуры
выпе 270°С, через 2 с - при температуре металла 235°С и через 8 с-
при температуре металла 200°С.
Согласно руководящим материалам PTM-IC-73, применение термоин-
дикаторных карандашей, красок и других аналогичных материалов для
контроля температуры при проведении термической обработки не допус-
кается, так как эти способы контроля являются только показывающи-
ми и в значительной степени субъективными.
Техника измерения температуры
Выбор метода контроля температуры
Метод измерения и контроля температуры в теплоэнергостроении
должен выбираться в соответствии с руководящими техническими мате-
риалами PTM-IC-73 и правилами контроля ПК Л 03 ЦС-66, в атомном
энергостроении-в соответствии с основными положениями по сварке
0П 1513-72, правилами контроля ПК 1514-72 и другими руководящими
материалами.
Основным методом измерения и контроля температуры является ме-
тод с использованием автоматических самопишущих потенциометров с
термопарами. Он обеспечивает непрерывную запись температуры терми-
ческой обработки на диаграммах в координатах "температура-время".
При монтаже теплоэлектростанций показывающие приборы (контроль-
ные потенциометры, милливольтметры, оптические пирометры и др.)
могут применяться при термической обработке сварных соединений с
толщиной стенки менее 20 мм и лишь в исключительных случаях при
большей толщине стенки (при этом измерение и запись температуры
должны проводиться оператором через каждые 15 мин). Для измерения
и контроля температуры при термической обработке сварных стыков
труб по режиму нормализации с использованием газопламенного нагре-
ва рекомендуются оптические пирометры с замером температуры через
каждые 1-2 мин, а при аустенизации холодных гибов труб методом элек-
тросопротивления - фотоэлектрические пирометры.
Контроль температуры при предварительном и сопутствующем подо-
гревах может проводиться термопарой с потенциометром, милливольт-
метром или термоиндикаторными материалами.
Учитывая сложность контроля температуры при термической обра-
ботке, к этой работе следует допускать только специально обученных
и аттестованных электриков и термистов-операторов. Особое внимание
следует обращать на квалификацию и аттестацию электриков, допуска-
емых к наладке и ремонту приборов контроля температуры. Каждую не-
делю электрики должны проверять качество работы приборов. Для на-
ладки и ремонта приборов, измеряющих температуру, монтажные орга-
низации должны выделять специально оборудованные помещения.
Подготовка к работе термопар и компенсационных
проводов
В монтажных условиях применяются термопары с термоэлектродами
диаметром 1,2-3,2 мм длиной не менее I м. Для подготовки термопары
к работе концы термоэлектродов одной стороны термопары плотно скру-
чивают между собой так, чтобы образовалось 1,5-2 витка. Горячий спай
может свариваться несколькими способами газовой ацетилено-кислород-
ной или пропано-кислородной сваркой, ручной аргонодуговой сваркой,
сваркой в графитовом порошке и другими.
При газовой и аргонодутовой сварке скрученный конец термопары
-осторожно вводят в зону газового пламени или электрической дуги.
Сварка ведется до тех пор, пока не образуется надежно сплавленный
участок с торца горячего спая термопары. В качестве флюса исполь-
зуется бура. Для придания горячему спаю достаточной механической
прочности необходимо, чтобы ва сплавленный участком имелось 1-1,5
витка термоэлекгродов. При необходимости введения в зону горячего
спая присадочного материала в качестве последнего следует использо-
вать термоэлектроды, аналогичные по типу термопаре.
При газовой сварке процесс сплавления горячего спая следует
проводить восстановительной (нейтральной) зоной пламени. Горелки
должны быть небольшой мощности с наконечниками М 2 и 3. После свар-
ки неостывший конец термопары рекомендуется погрузить в воду для~
того, чтобы стекловидный шлак отделился от горячего спая. При арго-
нодуговой сварке сила тока должна составлять не более 40-50 А.
В монтажных условиях может быть
применен также метод электродутовой
сварки на графитовой пластинке или в
графитовом порошке (рис.12). Термо-
пару (I) вставляют в элёктрододержа-
тель (2), подключают к сварочному
трансформатору или преобразователю и
Рис.12. Схема сварки горячего опускают в графитовый порошок (3) ил»
спая термопары в графитовом замыкают на графитовую пластинку.Пос-
порошке лё.включения трансформатора (или пре-
преобразователя), отрегулированного на силу тока 100-120 А (для тер-
моэлектродов «6 = 3,2 мм) или 40-50 А (для термоэлекгродов X =1,2 мм)
термопару медленно поднимают вверх. Образовавшаяся при этом электри-
ческая дута оплавляет скрученный конец термопары. После сварки го-
рячего спая термоэлектроды на длине 250-300 мм от него изолируют
один от другого керамическими кольцами или асбестовой оплеткой, а
на остальную часть надевают хлорвиниловую трубку диаметром 2-3 или
4-5 мм (в зависимости от размеров термоэлектродов). При сварке го-
рячего спая термопары с термоэлектродами об = 1,2 мм в качестве
источника питания рекомендуется применять малогабаритные сварочные
аппараты с зарядным устройством типа АД 3-50.
Для проверки термопары обычно используется простой и надежный
метод "горящей спички". Свободные концы термопары подключают к мил-
ливольтметру, затем горячий спай нагревают пламенем зажженной спички.
Термопара ТХА при этом развивает соответствующую ТЭДС, ч прибор по-
казывает температуру порядка 400-450°С. При проверке термопары типа
ТХК стрелка прибора покажет температуру 600-700°С. Неподвижность
стрелки прибора при испытании означает, что электроды термопары
сделаны из одного материала, например, сочетания: хромель + хро-
мель или алюмель + алхмель. Такая термопара непригодна для ис-
пользования по назначению. Окончательной операцией является закреп-
ление свободных концов термопары на специальных текстолитовых ко-
лодочках размером 40x20 мм толщиной 4-5 мм с помощью винтов М5.
Термопары на заводах-изготовителях подвергают градуировке,при
этом проверяется зависимость между ТЭДС и температурой горячего
спая (градуировка термопар должна соответствовать ГОСТ 3044-74
"Термометры термоэлектрические. Градуировочные таблицы при темпера-
туре свободных концов °C"). При градуировке температура измеряется
с помощью образцовой термопары.
Термопары, поступающие непосредственно с заводов-изготовителей,
имеют горячий спай со скрученными термоэлектронами на длине до
50 мм. Применять такие спаи нельзя, так как это может "привести к
значительному искажению измерений температуры, их необходимо пере-
делать по выше изложенной методике.
6)
Рис.13. Схема восстановления терыопарн-
а - сварное соединение термоэлектродов; б - общий вид восстановлен-
ной термопары
I - термоэлектроды; 2 - сварной шов; 3 - горячий спай.
Следует отметить, что в процессе термической обработки
горячий спай постепенно пережигается. Поэтому после про-
ведения одного-двух циклов термической обраоотки спай необходимо
делать заново, предварительно удалив старый. При этом длина термо-
пары постепенно уменьшается. Контролировать температуру термопарами
длиной менее I м нельзя, так как это приводит к погрешностям.
Термопары длиной менее 1м с электродами диаметром 3,2 мм
могут быть восстановлены по следующей технологии (рис.13);
1/3 общего числа термопар длиной I м разрезается пополам;
с помощью магнита определяются одноименные электроды термопар
(алюмель слабомагнитен, хромель намагнитен). Определять одноименные
электроды по цвету окраски не разрешается, так как может быть до-
пущена ошибка;
одноименные электроды термопар длиной 0,5 м и I м группиру-
ются попарно;
при восстановлении единичных термопар от одного иэ одноименных
электродов отрезается кусочек длиной 15-20 мм, который при сварке
используется в качестве присадочного материала -для этого типа элек-
тродов. При большом количестве термопар в качестве присадочного ма-
териала для всей группы одноименных электродов могут быть использо-
ваны электроды соответствующей группы;
одноименные электроды соединяются внахлестку на длине 10-12 мм.
Затем производится сварка с двух сторон на длине 8-10 мм с
использованием присадочного материала одним иэ следующих способов:
ацетилено-кислородным пламенем горелки (наконечник № 2 или 3)
с применением флюса иэ буры;
аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом (обратная по-
лярность, сила тока при сварке 40-50 А), однако этот метод менее
технологичен, чем предыдущий.
Восстановленные термопары могут быть использованы при соблю-
дении следующих условий:
сварные места термопар не должны попадать в эону рабочих тем-
ператур;
должна быть проверена правильность показания термопар (методом
"горящей спички" или другим);
восстановленные термопары должны использоваться так, чтобы го-
рячий спай делался со стороны более длинного приваренного участка
(длиной более 1м);
в случае повторного восстановления термопары предыдущий стык
должен быть удален, так как на каждом электроде допускается не бо-
лее одного сварного соединения.
После сварки горячего спая термопара должна быть теплоэлектро-
иэолирована. С эавода-иэготовителя термопары поступают с изоляцией
из фарфоровых бусинок, надетых на каждый термоэлектрод. Поскольку
эти бусинки имеют небольшую механическую прочность, во время мон-
тажа их, как правило, заменяют гибкой хлорвиниловой трубкой диа-
метром 3-5 мм. Участки термоэлектродов, работающие непосредственно
в зоне нагрева, обычно изолируют на расстоянии 250-300 мм от горя-
чего спая отдельными нитями, выдернутыми из асбестовой ткани.
Рис.14. Схемы крепления термопар при термической обработке
или подогреве сварных соединений труб
I - при термообработке; П - при предварительном или сопутствующем
подогреве (для сварки)
а - на сварном соединении труб с равными толщинами стенок; б - труб-
ных элементов разной толщины; в - на вертикальном стыке трубы диа-
метром менее 400 мм (при индукционном нагреве) и диаметра менее
200 мм (при натреве методом сопротивления); г-на вертикальном сты-
ке трубы диаметром более 400 мм при индукционном нагреве и диамет-
ром более 200 мм - при нагреве методом‘электросопротивления,а также
независимо от диаметра трубы - при газопламенном нагреве; д - на
горизонтальном стыке трубы при индукционном нагреве и нагреве ме-
тодом электросопротивления; е - на горизонтальном стыке трубы при
газопламенном нагреве; ж - на вертикальном стыке трубы, независимо
от метода подогрева; з - на горизонтальном стыке при подогреве;
е - ширина зоны установки термопар
I - труба; 2 - термопара.
Одним из наиболее важных вопросов в проведении контроля тем-
пературы при термической обработке является выбор места и метода
крепления горячего спая термопары к термообрабатываемому сварному
соединению. Согласно руководящим материалам при проведении монтаж-
ных работ на ТЭС горячий спай термопары следует устанавливать на
поверхности шва или на расстоянии не более 30 мм от шва. При тер-
мической обработке сварных соединений труб и трубных элементов
разной толщины (типа "труба + задвижка", "труба + штуцер" и др.)
термопары устанавливают на каждой трубе или элементе на расстоянии
10-30 мм от шва (рис.14).
Крепление горячего спая термопар может производиться несколь-
кими способами: бобышкой с прорезью, Л-образной бобышкой из плас-
тины или гайкой с болтом (рис.15,а,б,в). Бобышки приваривают к тща-
тельно зачищенной площадке трубы (в месте контроля температуры),
устанавливают горячий спай в прорезь и легкими ударами молотка рас-
плющивают бобышки так, чтобы обеспечить хороший контакт между спа-
ем и трубой. При использовании гайки с болтом гайку прихватывают к
трубе и устанавливают горячий спай в сделанную в ней прорезь, пос-
ле чего болтом надежно прижимают спай к трубе.
Рис.15. Схемы крепления горячего спая термопар к сварному соединению
а - бобышкой с прорезью; б - Л-образной бобышкой; в - гайкой с бол-
том; г - аргонодуговой сваркой; д - в бобышку, наплавленную на
сварной шов; е - зачеканкой в стенку трубы; ж - электродуговой
сваркой; з -размеры бобышки с прорезью.
768
Бобышки с прорезью для термопар с термоэлектродами = 3,2 мм
изготовляются из малоуглеродистого стального прутка диаметром 10 мм
путем нарезки на токарном станке шайб высотой 9 мм с последующей
насечкой порези при помощи зубила (рис.15,з). Бобышки Л-образные
изготовляют из пластины размером 20x10x2 мм, которую загибают в
слесарных тисках легкими ударами молотка.
Допускается также крепление горячего спая термопары с термо-
электродами об = 3,2 мм к трубе ручной аргонодуговой сваркой с
использованием в качестве присадочного материала проволоки одного
из термоэлекгродов (рис.15,г). Сварку необходимо вести аккуратно,
чтобы не пережечь горячего спая. При термической обработке сварных
соединений из аустенитных коррозионностойких сталей по режиму
аустенизации (например натриепроводов АЭС с реактором на быстрых"
нейтронах типа БН-600) крепление горячего спая термопары должно про-
водиться путем зачеканки в бобышку, наплавленную на поверхность
шва (рис.15,д). При проведении опытных работ допустима зачеканка
горячего спая термопары непосредственно в стенку трубы (рис.15,е).
В некоторых случаях в производственных условиях может быть
произведена электродуговая приварка термопары к сварному шву
(рио.15,ж). При замыкании рубильником F вторичной цепи сварочного
трансформатора (I) происходит расплавление плавкого предохранителя
ПП с одновременной приваркой горячего спая термопары Тк поверхности
сварного шва (2). Процесс длится 2-3 с. Не рекомендуется примене-
ния других методов крепления горячего спая (с помощью капоул, при-
варенных проволок и т.д.), так как это приводит к значительным по-
грешностям при замере температуры (табл.13).
Месторасположение териопары и степень теплоизоляции ее рабоче-
го нагреваемого участка завися^ от способа нагрева. При нагреве
сварных соединений электрическими устройствами сопротивления и га-
зопламенном нагреве участок термопары на длине 200-300 мм вместе с
ее рабочим спаем рекомендуется дополнительно обкладывать асбестовой
изоляцией и покрывать снаружи стальным защитным кожухом (рис.16,а).
Длина нагреваемого участка термопары в области высоких температур
не должна превышать 150 мм.
При индукционном способе нагрева термопару следует устанавли-
вать перпендикулярно направлению магнитного потока индуктора (пер-
пендикулярно оси трубы), кроме того, изолированные электроды термо-
пары следует сплетать один с другим (рис.16,6,в). Такое расположе-
ние термопары заметно снижает вредное влияние электромагнитного по-
ля на показания электронных потенциометров.
Таблица 13
Характер нарушения Ориентиро- вочная ве- личина по- грешности, Завышение или зани- жение по- казаний . прибора Примени- ’ ние
I 2 3 ’ 4
Горячий спай термопары не сварен 5-10 Занижение -
Контакт горячего спая термопары с нагреваемой поверхностью трубы недостаточный До 50 То же —
Применяется способ крепления термопары, при котором ее горя- чий спай отведен на 5-10 мм от нагреваемой поверхности трубы 15-100 —
Термопара имеет большое коли- чество витков (более 1,5-2) пос- ле горячего спая До 50 It /
Сварка термопар (горячего спая при восстановлении термопар) выполняется с применением посто- ронних присадочных материалов До 50 Занижение или завы- шение -
Свободные концы термопары нахо- дятся при непостоянной темпера- туре До 50 ' То же -
Теплоизоляция горячего спая териопары при радиационных спо- собах нагрева недостаточна, горячий опай подвергается не- посредственному воздействию теплоносителя 40-80 Завышение Возможно перегора- ние тер- мопары
Применяются укороченные термо- пары (длиной менее I м) 20 и бо- лее Завышение -
Применяются термопары, не соот- ветствующие по градуировке дан- ному типу прибора 50 и бо- лее Занижение или завы- шение X. Отклонение в ту ИЛИ | иную сто-1 рону опре- деляется 1 сочетанием градуиро-| вок термо- пары И I -прибора |
Продолжение табл.13
I 2- с 4
Термопару крепят на пасстоянии от шва превышающее нормативное- на 10-20 мм До 50 Занижение
Применяются компенсационные провода, не соответствующие данному типу термопары 20-40 Занижение или завы- шение Зависит от со- четания граду- ировки Проводи и термопары
Не соблюдаются условия совпа- дения полярности одновременно в месте соединения термопары с компенсационным проводом и прибором 10-30' Занижение Ошибка на веля чину темпера- туры окружаю- щего воздуха -
Контакты в цепи "терпопара- прибор" (места соединении компенсационного провода с прибором и термопарой) не- надежны До 50 Занижение —
Выполнение соединений от- дельных участков компенсаци- онных приводов между собой на скрутках (без пропайки) До 20 Занижение
При работе с милливольтмет- рами: не скорректирована стрел- ка на температуру окружа- ющего воздуха 10-30 Занижение или завы- шение Ошибка на ве- личину темпе- ратуры окружав ющего воздуха
при использовании компен- сационных или медных про- водов не учитывается под- гонка сопротивления внеш- ней цепи под величину, указанную на приборе (при- менение недопустимо длин- ных или очень коротких образцов) 10-30 То же Отклонение в зависимости от действительно] сопротивления внешней цепи о
используются приборы, не прошедшие государственной проверки До 100 То же
При работе с автоматическими потенциометрами:
применяются медные провода шесто компенсационных используются поиборн, не прошедшие госудапстненно.: | проверки то-: о /.о 100 Завышение Завышение или зани- жение Ошибка на ве- личину темпе- ратуры окружа- ющего воздуха
Количество термопар, устанавливаемых на сварной стык при про-
ведении термической обработки определяется в соответствии с руково-
Рис.16. Схемы установки термопар при термической обработке
с использованием различных методов нагрева
а - радиационного (электрического сопротивлением и газопламенного)
I - сварной шов; 2 - рабочие концы термопары; 3- электроды термо-
пары; 4 - стальной уголок 20x20 мм (бобышка); 5 - асбест: 6 - на-
греватель
б - индукционного .токами промышленной и повышенной частоты -
I - сварной шов; 2 - рабочие концы термопары; 3 - электроды термо-
пары; 4 - теплоэлектроизоляция электродов термопары (керамические
бусы, асбестовая ткань и др,);,
в - индукционного токами промышленной и повышенной частоты при
работе в условиях влияния сильных электромагнитных полей
I - сварной шов; 2 - термопара; 3 - экран термопары; 4 - заземление
экрана термопары.
дящими материалами в зависимости от диаметра трубы сварного соеди-
нения, расположения сварного стыка в пространстве и метода нагрева
при термической обработке. Так, на монтаже ТЭС при нагреве индукци-
онным способом вертикального стыка труб диаметром менее 400 мм ус-
танавливается одна термопара в верхней части стыка диаметром 400 мм
и более - две термопары (по одной в верхней и нижней частях стыка),
на горизонтальном стыке устанавливается одна термопара в любом мес-
те по периметру независимо от диаметра трубы (рис.14,в,г,д,). При
групповом нагреве двух и более сварных стыков труб диаметром до
168 мм включительно может быть установлена одна термопара на одном
из нагреваемых стыков при условии строгого выполнения следующих тре-
бований : ,
трубы сварных стыков должны быть выполнены одного размера
(диаметра и толщины стенки), одной марки стали и иметь одинаковую
исходную температуру;
мощность источника питания должна быть достаточной для покры-
тия потерь мощности во всех одновременно работающих индукторах и
в подводящих кабелях;
все стыки должны нагреваться индукторами одного типа с одина-
ковым числом витков, шагом навивки и площадью сечения витка. Не-
обходимо обеспечить совпадение в направлении навивки витков индук-
тора и согласованность их включения в группу;
стыки должны иметь одинаковую теплоизоляцию.
При нагреве вертикального стыка труб диаметром более 200 мм
электронагревателями сопротивления, а также в случае нагрева стыка
(независимо от его пространственного положения) многопламенной го-
релкой должны устанавливаться две термопары: по одной сверху и сни-
зу вертикального стыка или в двух любых диаметрально противополож-
ных местах горизонтального стыка (рис.14,г,е). При нагреве верти-
кального стыка труб диаметром менее 200 мм электронагревателями со-
противления контроль температуры проводится по одной термопаре,ус-
танавливаемой в верхней части, сварного соединения (рис.14,в).
Для контроля температуры при проведении предварительного или
сопутствующего подогрева необходимо устанавливать одну термопару
на расстоянии 50-60 мм от центра разделки с тем, чтобы при проведе-
нии сварки термопара не попала в зону непосредственного действия
сварочной дуги (рис.14,ж,з).
В некоторых случаях, например, при термической обработке свар-
ных соединений труб на монтаже АЭС, руководящими материалами пре-
дусматривается установка дополнительных термопар (по длине сварно-
го соединения, по две термопары в одну точку для дублирования по-
казаний и т.п.).
При выборе марки компенсационного провода для соединения тер-
мопары с термоэлектрическими приборами необходимо учитывать, что
они,как правило, имеют значительную длину и прокладываются по сбо-
рочной площадке или в главном корпусе электростанции в зонах, где
установлено большое количество работающего электрического оборудо-
вания (преобразователи, трансформаторы для сварки и термической об-
работки, трансформаторные подстанции, краны и т.п.). Поэтому воз-
никают сильнее электромагнитные поля, приводящие к появлению
помех (сторонних электрических сигналов', действующих на "входе" по-
тенциометров) и к значительным погрешностям при измерении температур::
В связи с этим желательно выбирать компенсационные провода,
экранированные или в оплетке из стальной проволоки марок Ш(ЛЭ
и ПКВП, обладающие хорошей помехозащищенностью.
Для качественного измерения температуры при работе с термопа-
рами и компенсационными проводами необходимо следующее.
I. Обеспечение соответствия типа компенсационного провода оп-
ределенному типу термопар и приборов. Например, к термопаре типа
ТХА и прибору с градуировкой ХА можно подключать только компенса-
ционный провод типа М.
2. Соблюдение полярности в местах соединения. Соединяться
должны только материалы одноименного потенциала, т.е. плюс с плю-
сом, минус с минусом. Так, к хромелевому электроду термопары долж-
на быть подключена медная жила компенсационного провода (положи-
тельный потенциал), а к алюминиевому термоэлектроду - жила из кон-
стантана (отрицательный потенциал).
Материал, из которого изготовлены термоэлектроды термопары
типа ТХА, может быть определен с помощью магнита - хромель немагни-
тен, алюмель слабомагнитен. Материал жил компенсационного провода
легко определяется по красному цвету медной жилы или цвету оплетки.
3. Термопара с компенсационным проводом должна соединяться
надежными контактами - винтовыми соединениями (скрутки не допуска-
ются). При наращивании компенсационного п'[ювода участки могут со-
единяться с помощью скруток, которые Ьбязательно должны быть пропа-
яны (без кислоты).
4. Холодные концы термопары должны находиться при постоянной
температуре. Для этого необходимо перенести холодные'Концы при по-
мощи компенсационных проводов на место с постоянной температурой.
5. Сопротивление внешней линии (термопары и ком энсационных
проводов) не должно превышать величины, указанной на шкале,(или в
паспорте) прибора.
Для защиты термопар и компенсационных проводов от действия
внешних электромагнитных полей необходимо соблюдать следующие усло-
вия:
компенсационные провода следует прокладывать на значительном
расстоянии от электрических проводов и кабелей, действующего элек-
трооборудования, работающих индукционных нагревателей, а также от
перемещающихся изделий и оборудования. Допускается только перпенди-
кулярное пересечение компенсационным проводом линии электропроводки
44 v
При отсутствии экранированного провода компенсационные прово-
да рекомендуется прокладывать в тазовых трубах диаметром до 20 мм,
которые необходимо заземлять. В некоторых случаях при индукционном
нагреве следует проводить экранирование термопары (рис.16,в).
В процессе проведения термической обработки точность измерения
температуры во многом зависит от правильного применения термопар и
компенсационных проводов (в табл.13 приведены некоторые характерные
случаи нарушений и возможных погрешностей в температурных режимах,
в табл.14 - данные влияния электромагнитных полей на точность из-
мерения температуры электронными потенциометрами).
Эксплуатация милливольтметров и потенциометров
При работе с милливольтметрами необходимо руководствоваться
основными положениями по монтажу, наладке и эксплуатации этих при-
боров .
I. Приборы следует устанавливать вертикально, в сухом месте
на значительном расстоянии от силовых кабелей переменного тока.
Шкалы приборов должны быть хорошо видны с рабочего места. Щитовые
милливольтметры необходимо устанавливать на пультах термообработки
и крепить к панелям с помощью скоб и винтов.
2. Внешнее сопротивление цепи приборов, которое складывается
из сопротивлений термопары, компенсационного провода и подгоночной
катушки, должно строго соответствовать величине, указанной на шка-
ле милливольтметра. Наличие внешнего сопротивления цепи более высо-
кого, чем это допускается по шкале прибора, приводит к понижению
величины тока в измерительной линии и соответственно к занижению
показаний температуры милливольтметром (табл.13). Недостаточное
внешнее сопротивление цепи является причиной завышения температур
на приборе. Внешнее сопротивление цепи доводится до необходимого
путем соответствующего подбора сечения и длины компенсационного
провода, а также сопротивления подгоночной катушки из манганиновой
проволоки (принципиальная схема соединения термопары с милливольт-
метром показана на рис.17).
На монтажных работах при термической обработке целесообразно
использовать заранее подготовленные компенсационные провода необ-
ходимой длины и сечения. Их следует клеймить металлическими бирка-
ми и соединять с прибором посредством предназначенных для данного
провода подгоночных катушек, установленных на панели. Вместо ком-
пенсационного провода при подсоединении термопары к милливольтметр;
можно использовать медные провода. В этом случае особое внимание
уделяется подгонке внешнего сопротивления и обеспечению нужной пос-
тоянной температуры (20°С) свободных концов термопары.
3. Милливольтметр должен быть скорректирован на температуру
холодных концов термопары. Для автоматической компенсации разности
температур рекомендуется использовать компенсационные коробки ти-
па КТ-54. При отсутствии таких коробок корректировку необходимо
проводить вручную, для чего стрелка прибора арретиром предваритель-
но освобождается от.защемления. После этого обе клеммы прибора за-
мыкают медной проволокой и. корректором (с помощью отвертки.), уста-
навливают стрелку милливольтметра на
величину температуры окружающего воз-
духа (например, 20°С). Затем _медную
проволоку снимают с клемм прибора.
При каждом колебании температуры ок-
ружающего воздуха и, следовательно,
изменении температуры холодных кон-
цов термопары необходимо проводить
корректировку прибора.
4, Милливольтметры необходимо
проверять на правильность показания
температур. Проверку следует прово-
дить на рабочем месте или в лаборато-
рии не реже одного раза в неделю путем
включения контрольного милливольтмет-
ра или потенциометра параллельно с
проверяемым прибором (рис.18,а). В
контрольную схему последовательно с
включают магазин сопротивлений, на ко-
тором предварительно подбирается сопротивление внешней цепи (термо-
пары и соединительных проводов), указанное на шкале проверяемого
прибора.
По контрольному милливольтметру устанавливается ЭДС, соответ-,
ствующая ТЭДС термопары нужной градуировки (например, градуировки
ХА) и данной температурной точке шкалы, после чего сравнивают по-
казания приборов и при необходимости записывают их показания. Эта
операция проводится для каждой температурной отметки шкалы прове-
рке. 17. Принципиальная схема
соединения термопары с милли-
вольтметром
Т - термопара; mV - милли-
вольтметр: Jt - подгоночная
катушка; КП - компенсацион-
ный провод; МП - медный про-
вод; ГС - горячий-спай; СК -
свободный конец термопары
(холодный спай).
проверяемым милливольтметром
ряемого милливольтметра-(например, через 100°С) в возрастающем и
убывающем порядке. Порядок проверки милливольтметров потенциомет-
рическим методом не отличается от предыдущего метода. Разница за-
ключается лишь в том, что вместо контрольного милливольтметра в
схему проверки включают стационарный или переносной потенциометрии
замер ЭДС, подводимой к проверяемому прибору, проводят на потенцио-
метре. Подробные данные о эксплуатации милливольтметров, основных
неполадках в работе и способах их устранения приведены в инструк-
тивных материалах заводов-изготовителей, а влияние возможных по-
грешностей в работе на точность измерения - в табл. 13 .
При работе с автоматическими потенциометрами необходимо соблю-
дать основные требования, которые заключаются в следующем.
00
КО
Рис.18. Схемы проверки мил-
ливольтметров и автоматичес-
ких потенциометров
а - схема проверки милли-
вольтметра методом сравнения
ДН - источник регулируемого
напряжения;тV; - проверяе-
мый милливольтметр; -
контрольный милливольтметр;
МС - магазин сопротивлений;
Б - батарея;
б - схема проверки автомати-
ческого потенциометра
КП - контрольный или лабора-
торный потенциометр; АП -
автоматический потенциометр;
НП - нуль-прибор: А - галь-
ванометр; К _ переключатель:
Б - батарея; НЭ - нормальный
элемент.
I. Потенциометры нужно устанав-
ливать строго вертикально, на высоте
1,4-1,6 м от уровня пола (для удоб-
ства обслуживания); защищать от сот-
рясений, надежно закрепляя их на щи-
тах пультов с применением амортизато-
ров, например резиновых прокладок;
размещать в сухих местах с нормальным
освещением.
2. Приборы следует заземлять и
включать в сеть высокого напряжения
через стабилизатор напряжения и раз-
делительный трансформатор мощностью
не менее 100 В-А.Приборы рекомендует-
ся размещать на расстоянии не менее
10 м от электрооборудования (транс-
форматоров, преобразователей и др.).
Для борьбы с наводками от дейст-
вия электромагнитных полей и защиты
измерительной схемы от сгорания при
замыкании термопары или компенсацион-
ного провода на сварочный или силовой
кабель в схему автоматических элек-
тронных потенциометров рекомендуется
(рис.19, конденсатор Сч и
включать конденсаторы и предохранители
предохранитель Пр д ).
3. Термопары к потенциометру следует подключать с помощью ком-
пенсационных проводов соответствующего типа. Не допускается замена
компенсационного провода медными, поскольку это приводит к неточ-
ности показания прибора. Схемы внешних соединены! автоматических
потенциометров приведены на рис. 20.
Ш
Рио.19. Схема установки дополнительных защитных конденсаторов
и предохранителей в потенциометр ПС 1-08
Сф - конденсатор МБГ0-2-20О-2х0,5-П; ПР - предохранитель ПК-45-0,5;
Ии - тершпары; Кн - кнопка контроля; КЗ - колодка; У - усилитель
УМ-109; ИПС - источник питания стабилизированный; Ml - электродви-
гатель СД-54; М2 - электродвигатель РД-09А; BI - переключатель ВТ
3602 013 СП; В2 - переключатель термопар: С. - дополнительный элек-
тролитический конденсатор типа КЭ-2М, 300-500 мкФ, 20 В (ГОСТ 5561-54)
Пр.д. - дополнительный предохранитель.
4. Необходимо один раз в неделю и после каждой транспортировки
проводить контрольную проверку правильности показания потенциомет-
ров. Проверка в условиях монтажа электростанций проводится с по-
мощью переносного контрольного потенциометра типа ПП-63, КП-59 или
образцового потенциометра (схема проверки приведена на рис.18,б).
С помощью соединительных проводов, соблюдая полярность, выход-
ные зажимы контрольного или образцового потенциометра подключают
к проверяемому прибору. Затем после обычного контроля тока в конт-
рольном(образцовом)потенциометре замыкают переключателем "К"
нуль-гальванометр и подают задаваемую ЭДС на проверяемый прибор.
Путем сравнения значений ЭДС контрольного и проверяемого приборов
48
оценивается точность показаний электронного потенциометра. Провер-
ка проводится на целых делениях шкалы - 100, 200, 300°С и т.д. По-
казания проверяемого автоматического потенциометра могут отличать-
ся от истинных значений, заданных по контрольному (образцовому)
потенциометру, не более чем на + 0,5%. При проверке следует вводить
поправку на температуру окружающего воздуха, поскольку в градуиро-
вочных таблидах данные соответствуют термопаре с температурой сво-
бодных концов 0°С.
Рис.20. Схемы внешних соединений автоматических потенциометров
а - ЭГШ-09 1G на три термопары; б - КСП-3 без регулирупцих и допол-
нительных устройств; в - КСП-3 с узлом ППР-IM, обеспечиваиций трех-
позиционное регулирование с настраиваемой зоной; Т - термопара;
ПТ - подключение термопары.
Подробные данные об эксплуатации потенциометров, характерных
неисправностях и способах их устранения приводятся в инструкциях,
прикладываемых заводом-изготовителем к каждому потенциометру. Вли-
яние погрешностей в работе измерительной цепи потенциометров на
показания измеряемой температуры приведены в табл.13, величины воз-
можных погрешностей из-за влияния электромагнитных полей на показа-
ния температуры электронных потенциометров - в табл.14.
Таблица 14
Характер нарушения Возмож- ная ве- личина погреш- ности, °C Мероприятия, ре- комендуемые для устранения или ослабления по- следствий нару- шения Возможная величина погреш- ности пос- ле выпол- нения ме- pongHflTHfi,
I 2 3 4
Изолированные электро- ды термопар не скручены 10-20 Скрутить изоли- рованные электро- ды (шаг с ip утки 30-35 мм) 0-5
Термопара не экраниро- вана или экран не зазем- лен 10-30 Установить и за- землить металли- ческий экран 0-10
Термопара расположена параллельно оси индук- тора (трубы) 20-70 Установить термо- пару перпендику- лярно оси индук- тора (трубы) 0-20
Хилы компенсационного провода не скручены 20-40 Скрутить два ком- пенсационных про- вода, используя разнополюсные жи- лы каждого иэ них 5-10
Компенсационный провод не экранирован или эк- ран не заземлен 30-40 Применить экрани- рованный провод или экранировать имепцийся, экран тщательно зазем- лить 10-15
Продолжение табл.14
I 2 3 4
Компенсационные провода расположены параллельно электропроводящим, на рас- стоянии менее 30 см от ли- ний переменного тока 20-40 Расположить компен- сационные провода перпендикулярно электропроводяцим на расстоянии бо- лее 30 см от линий переменного тока 5-10
Компенсационные провода свернуты бухтой 10-20 Развернуть компенса- ционный провод во всю длину, применить стационарную развод- ку провода 0-5
Потенциометр включен в цепь без разделительного транс- форматора и стабилизатора напряжения, корпус прибора не заземлен 15-30 Подключить потенцио- метр через раздели- тельный трансформа- тор и стабилизатор напряжения, зазем- лить корпус прибора 0-10
Потенциометры не имеют фильтров { CrRC,LC. ) на входе измерительной схемы 10-50 Установить фильтры (C,RC) на входе измерительной схемы потенциомет- ров 0-20
Потенциометры находятся на расстоянии менее 10 м от электрооборудования и электропроводов, не уста- новлены в металлические шкафы или кабины 30-50 Установить потенцио- метры в металличес- кие шкафы или каби- ны на расстоянии не' менее 10 м от элек- трооборудования и электропроводов 10-15
Примечание. Помехи могут искажать действительные значения темпера-
туры в сторону как завшения, так и занижения.
Порядок измерения температуры пирометрами
и термоиндикаторными материалами '
Измерение оптическим пирометром типа 0ППИР-017 (рис. 10,6)
ведется следующим образом.
При повороте кольцевой ручки влево, до упора, движок (7) схо-
дит с обмотки реостата и разрывает цепь накала нити, производя вы-
ключение лампы. Одновременно с этим движок, находясь в крайнем ле-
вом положении, посредством двух конечных контактов (18) замыкает
основную рамку амперметра, т.е. производит арретирование, необхо-
димое при переноске прибора. В процессе измерения температуры на-
водка пирометра на излучатель производится вручную, для чего отрос-
ток (19) телескопа снабжен снизу рукояткой (20). Для настройки оп-
тической системы пирометра на фокус и по глазу наблюдателя объек-
тив (2) и окуляр (3) могут перемещаться вдоль оси зрительной трубы.
После введения красного светофильтра (8) включают питание от акку-
мулятора (или электрической сети) и, вращая по часовой стрелке
кольцо (6) реостата (5), постепенно выводят последний; при этом
нить пирометрической дампы (4) становится более или менее яркой.
'Регулирование ведется до тех пор, пока средняя часть нити не исчез-
нет на освещенном фоне, т.е. не сольется с этим фоном и станет не-
видимой (рис.10,а). В этот момент фиксируют положение стрелки по
температурной шкале прибора (15) (определяют температуру нагретого
тела). По окончании замера температуры реостат вводят полностью, в
результате чего выключается лампа накаливания.
Оптическая система прибора позволяет измерять температуру на
расстоянии 0,7-5 м от излучателей. Цри термообработке сварных сты-
ков труб расстояние, обеспечивающее более точный контроль темпера-
туры, составляет 0,8-1 м.
Методика измерения температуры фотоэлектрическим пирометром
типа ФЭП-4М заключается в следующем. Визирная головка ВГ (рис.II)
устанавливается на специальной подставке на некотором расстоянии
от визируемого объекта, определяемого по формуле:
мм,
где F - фокусное расстояние визирной головки (приводится в пас-
порте прибора) , мм;
d - диаметр светового пятна на излучателе, мм.
Допускается установка ВГ на расстоянии I и от визируемой по-
верхности. Наводка на визируемое тело производится в следующем по-
рядке. Сначала наводят ВГ так, чтобы при наблюдении через окуляр(7)
было видно хотя бы расплывчатое изображение визируемого тела. Затем,
перемещая объектив ВГ, добиваются четкого изображения. После этого
передвигая ВГ, находят для нее такое положение, при котором изоора-
жение визируемого тела полностью перекрывает отверстие в держателе
светофильтра (2).
Измерение температуры термо индикаторными карандашами ведется
в.такой последовательности.
Место проведения контроля выбирается в удобном для наблюдения
участке (обычно на расстоянии 15-20 мм от кромки трубы в верхней
части стыка). Металл трубы в выбранном месте зачищают шлифовальной
машинкой или напильником до металлического блеска, размер зачищен-
ной площадки должен быть примерно 40x15 мм. При необходимости про-
ведения контроля температуры в нескольких местах по окружности сты-
ка подготовляют соответствующее количество площадок. Термоиндика-
торным карандашом на зачищенную площадку наносят штрихи шириной
7-6 и длиной 25-30 мм. Если необходимо проводить измерение в опре-
деленном интервале температуры, то штрихи наносят двумя типами тер-
мокарандашей, фиксирующими показания температуры в требуемом диапа-
зоне. Для лучшего нанесения штриха рекомендуется трубу в месте про-
ведения контроля предварительно подогреть до температуры 50-60°С.
При использовании термокарандашей допустимо нанесение штрихов на
трубу, имеющую температуру, близкую (по величине) температуре пере-
хода цвета (рабочей температуре) используемого термокарандаша.
В процессе нагрева труб штрихи не должны подвергаться непо-
средственному воздействию пламени газовых горелок и тепловых пото-
ков от устройств электросопротивления, так как этом может привести
к быстрому выгоранию термоиндикаторных элементов и искажению вели-
чины измеряемой температуры. Необходимо нанесенные штрихи закрывать
кусочками асботкани или асбокартона, время от времени приподнимая
их для проведения контроля температуры. Изменение цвета штриха про-
исходит через 5-10 с после достижения температуры перехода.
При проведении контроля температуры в течение длительного вре-
мени, например при контроле температуры стыка в процессе сварки с
подогревом, необходимо периодически наносить штрихи термоиндикатор-
ными карандашами через определенные промежутки времени (5-10 мин),
предварительно удалив напильником следы предыдущего сгоревшего
штриха*
После окончания работы место контроля температуры термоиндика-
торными карандашами зачищают наждачной шкуркой или напильником.
Технология измерения температуры жидкими термоиндикаторными
материалами tтермокрасками, цветными термоиндикаторами плавления
и др.) аналогична вышеприведенной. Термоиндикаторы долины наносить-
ся кисточкой на контролируемое изделие, находящееся при температу-
ре не более 30-40°С.
Для соблюдения точности измерения подъем температуры при ис-
пользовании термокрасок должен проходить не менее, чем за 2 мин,
о выдержкой при температуре перехода 15-30 с. Для остальных жидких
термоиндикаторных материалов температура перехода не зависит от
времени теплового воздействия. Следы термоиндикаторов могут уда-
ляться тампоном, смоченным в ацетоне.
Следует отметить, что жидкие термоиндийаторные материалы яв-
ляются легковоспламеняющимися и токсичными, Поэтому при их исполь-
зовании и хранении необходимо соблюдать меры предосторожности.
За справками обращаться по адресу: I030I2, Мооква, Б. Черкас-
ский пер., д. 6/8.
КОРОЛЬКОВ П.М.
(Центроэнергомонтаж)
СОДЕРЖАНИЕ
Методы контроля температуры.........................I
Термоэлектрические пирометры ...................... 4
Пирометры излучения................................24
Термоиндикаторные материалы...................: . . 29
Техника измерения температуры.......................32
Эхспресс-аяфо1мацкя серии
"СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ"
Выпуск 12(201)-13(202)
Ответственный редактор - га. Разумова Э.Д.
Ответственный ва выпуск - инк. В.П. Шульц
Литературный редактор - Г.Н. Слободкина
Технический редактор - А.И. Сафонова
Корректор - А.П. Кочкина
Л-102095 Подписано к печати 3I/X 1977 г. Формат 60x84i/I6
Печ.л. 3,5 (Усл.-печ.л. 3,25) Уч.-ивд.л. 3,1 Тираж 2500 вкэ.
Заказ * 768 Изд. * 3059 Цена 31 коп.
Центр научно-технической информации по энергетике и электри-
фикации Минэнерго СССР, Москва, проспект Мира, 68
Типография Информэнерго, Москва, 1-й Переяславский пэр.,5
Цена 31 коп.
Индекс 04254