Константановый кабель против медного

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Константановый провод

Константановый провод применяют для тех же целей, что и манганиновый, но он более жесткий и труднее поддается паянию. При соединении с медными проводами константан образует термопару, поэтому для приборов, рассчитанных на измерение малых напряжений, его применять не рекомендуется во избежание увеличения температурной погрешности прибора. [1]

Константановый провод / диаметром 1 5 мм спаян с обоих концов с медными проводами 2 и 3 того же сечения. [2]

Константановый провод применяют для тех же целей, что и манганиновый, но он более жесткий и труднее поддается пайке. При соединении с медными выводами константан образует термопару, поэтому для приборов, рассчитанных на измерение малых напряжений, его применять не рекомендуется во избежание увеличения температурной погрешности прибора. [3]

Основой термокосы служил константановый провод , к которому через определенные расстояния ( см. таблицу) были припаяны медные провода в хлорвинилэвой изоляции. [4]

В качестве материала для реостата может быть использован свитый в спирали константановый провод или ящики сопротивления типа СН-1. Ящики сопротивления представляют собой набор соединенных последовательно константановых проволочных элементов сопротивления, собранных на общем основании. Ящики вы — — пускаются сопротивлением от 0 14 до 1750 Ом и допускают силу тока до 100 А. В нашем случае требуется взять шесть ящиков сопротивления по 0 14 Ом каждый. [5]

Реохорд г выполнен в виде эбонитового кольца диаметром 220 мм, на которое намотан константановый провод диаметром 0 15 мм; сопротивление реохорда составляет — — 350 ом. Конструктивно реохорд выполнен так, что его движок остается неподвижным, а кольцо с наклеенной на него шкалой можно вращать. [7]

В отдельных случаях может быть рекомендовано применение комбинированных датчиков, сочетающих возможности термопары и термометра сопротивления: к одному из проводов термометра сопротивления в непосредственной близости к нему подпаивается константановый провод . [8]

Чаще всего используют провода с эмалевым покрытием, например, марок ПЭЛ, ПЭВ, ПЭТ соответственно с лакостойкой, высокопрочной и теплостойкой эмалевой изоляцией или марок ПЭМ, ПЭК — соответственно манганиновый и константановый провода с эмалевой изоляцией. В качестве самостоятельной или дополнительной изоляции применяют хлопчатобумажные или шелковые волокна в виде одного или двух слоев. Такого рода провода имеют обозначения ПЭЛБО, ПЭШО, ПЭШД, что значит: провода медные соответственно с эмалевой лакостойкой и хлопчатобумажной одинарной, эмалевой и одинарной шелковой, эмалевой и двойной шелковой изоляциями. Марка ПШОМ означает провод манганиновый с одинарной шелковой изоляцией, а ПШКД — провод константановый с двойной шелковой изоляцией. [9]

Безындуктивные сопротивления получаются с помощью бифилярных, секционированных и однослойных перекрестных обмоток. Обычно применяется константановый провод диаметром0 05 — 0 8 мм, марок ПЭК, ПЭШОК и ПШДК. [11]

Бифилярная обмотка наматывается сложенным вдвое проводом и поэтому не обладает индуктивностью. Для таких обмоток используется константановый провод , что позволяет значительно уменьшить пространство, занимаемое обмоткой. [12]

В качестве добавочных резисторов используй резисторы МЛТ-05 или МЛТ-1Д Резисторы R14 — R18 шунта должны быть проволочными. Используй для них высокоомный манганиновый или константановый провод диаметром 0 08 — 0 1 мм в шелковой или бумажной изоляции. [13]

Будем постепенно нагружать выпрямитель, одновременно измеряя ток нагрузки и определяя, при каком токе предохранитель выключит выпрямитель. Постепенно закорачивая провод резистора R6, установим ток выключения равным 0 6 А. Для изготовления резистора R7 нужно использовать константановый провод диаметром 0 4 мм, длиной 90 мм, чему соответствует сопротивление 0 36 Ом. Постепенным закорачиванием провода установим диапазон измерительного прибора О-06 А. [15]

Источник

Применение продукции из сплава константан для изготовления нагревателей

В статье рассматривается применение проволоки и ленты из константана для производства нагревателей электрических печей.

Медно-никелевый сплав константан входит в группу электротехнических материалов с высоким удельным электросопротивлением. Величина температурного коэффициента сопротивления этого сплава равна 0,03·10 -3 К -1 и принимается как максимально близкая к нулю, в связи с чем, его электрическое сопротивление практически не меняется при изменении температуры.

Иными словами, при подключении отрезка ленты или проволоки константана к источнику питания, и превращения его тем самым в нагреватель, мощность исходящего от него теплового потока всегда будет иметь фактически одинаковое (постоянное) значение при любом температурном режиме работы, и будет равняться:
W=U²/R,
где W – тепловой поток; U – напряжение на отрезке константана (нагревателе); R – электрическое сопротивление отрезка (нагревателя).

В контексте сказанного необходимо отметить, что электрическое напряжение на нагревателе будет равно напряжению переменного тока (при использовании соответствующего источника электроэнергии).

Из-за такого постоянства электрического сопротивления константан и получил своё название (constans — постоянный, неизменный). Вместе с этим, константан обладает хорошей жаропрочностью (сохраняет механическую прочность при нагреве) и сопротивляемостью газовой коррозии (жаростойкостью). Благодаря перечисленным достоинствам константановая проволока и лента широко используются в электронагревательных приборах и печах сопротивления в виде пластин, лент, спиралей. Из константана изготавливают нагреватели для электрических печей с верхней температурной границей в 500 градусов, поскольку при более высоких температурах и при отсутствии изоляции сплав начинает интенсивно окисляться.

Рисунок 1. Ленточные нагреватели из константана

Преимущества нагревателей из константана

За счет высокого электрического сопротивления константан способен быстро и сильно нагреваться, что позволяет изготавливать из сплава нагреватели малой длины и с большой площадью поперечного сечения. Это свойство константана является его безусловным, и возможно, ключевым достоинством, так как конструкции многих типов печей, например, лабораторных, не позволяют встраивать в них слишком длинные нагреватели. Кроме того, нагреватель с большим диаметром обладает большим сроком службы даже при активной эксплуатации, что, в свою очередь, выгодно с экономической точки зрения – нет необходимости в частой замене нагревательного элемента. Этим обстоятельством объясняется и тот факт, что константановая нить выступает в качестве нагревателя значительно реже, чем проволока или лента.

Важным преимуществом константана является упомянутый выше нулевой температурный коэффициент сопротивления. Это существенно упрощает и удешевляет использование константановых нагревателей — для запуска печи из холодного состояния не нужно использовать трансформаторы, понижающие напряжение в момент включения. Еще один плюс сплава в том, что он обладает хорошими технологическими характеристиками. В этом велика заслуга никеля, который существенно упрочняет медь, сохраняя при этом её традиционную пластичность и вязкость. За счёт того, что константановая лента и проволока хорошо поддается изгибу, из них можно создавать нагреватели любой, даже самой сложной конфигурации. Кстати, именно благодаря высокой пластичности и вязкости сплава, из него изготавливается так же константановая фольга и нить.

Расчет длины константанового нагревателя

Высокая технологичность сплава открывает широкие возможности изготовления открытых нагревателей в условиях эксплуатации печей. Для этого параметры нагревательного элемента предварительно рассчитываются с учётом напряжения в сети и мощности печи. Зная удельное сопротивление и площадь сечения, которые имеет константановая лента (обычно с шириной более 5 мм), или диаметр — в случае, если в качестве заготовки выступает проволока, можно по формуле определить оптимальную длину нагревателя по формуле:
l = R · S / ρ,
где R — электрическое сопротивление нагревателя (Ом); S — площадь сечения ленты или проволоки (мм²); ρ — удельное электрическое сопротивление константана (Ом·мм²/м); l — длина нагревателя (мм).

Константан в электрических печах и ТЭНах

Нагреватели из константана могут быть открытыми и закрытыми. Для изготовления открытых нагревателей электрических печей термообработки с максимальным нагревом до 400-450°С в основном используется проволока и лента, поскольку константановая нить со слишком малым диаметром на открытом воздухе быстро горит. Это, впрочем, не отменяет эффективности нити в вакуумных печах и в печах с инертным газом, а также в закрытых нагревателях типа ТЭН, предназначенных для обогрева воздуха, жидкостей, тёплых полов и т.п. Закрытыми такие нагреватели называют потому, что константан в них не имеет прямого контакта с нагреваемым материалом. В большинстве случаев конструкция закрытого нагревателя состоит из металлической трубки или иной оболочки, герметично закрытой с обеих сторон, внутрь которой помещается константановая нить в виде спирали. Для более мощных приборов (печей) используется проволока и лента в различной конфигурации, в зависимости от конструкции печи и требуемого режима термообработки.

По технико-экономическим показателям константановая проволока часто оказывается предпочтительнее ленты. Для больших промышленных печей используется проволока Ø 3-7 мм, а для печей меньшего масштаба проволока Ø 0,03-2,5. Ключевыми аргументами в пользу проволочного константанового нагревателя является простота и низкая стоимость его изготовления и монтажа без специальных понижающих напряжение трансформаторов. Классические спиральные нагреватели из проволоки легко изготовить путем навивки на станке.

При необходимости проволоку можно разместить на стенках и сводах печи по лабиринтному типу или в виде зигзагов, навить на цилиндрическое основание, или предварительно заготовленную спираль подвесить на керамических изоляторах (последнее применяется в низкотемпературных печах). Из всех перечисленных вариантов, нагреватель в виде спирали, навитой на трубчатое основание, обеспечивает более высокую удельную мощность печи в расчете на 1 м2 внутренней поверхности рабочей камеры.

Несмотря на то, что константановая лента требует больше средств и усилий для изготовления из неё нагревателей из-за большей площади сечения, существует целый ряд обстоятельств, когда она оказывается более целесообразной в виде нагревателя, чем проволока. В каждом отдельном случае принятие решения об использовании в печи проволоки или ленты основывается на анализе технико-экономических показателей того или иного варианта. Тем более, что с точки зрения общей эффективности константановые нагреватели из проволоки и ленты не имеют существенных различий.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Источник

Применение продукции из сплава константан для измерения температуры

В статье рассматривается применение проволоки из константана для производства электродов термоэлектрических термометров и удлиняющих проводов для них. Приведены примеры термопар с электродами из константана.

В промышленности и научной сфере важнейшее значение имеет измерение температур различных сред при помощи термометров тех или иных конструкций.

Одним из наиболее распространенных, универсальных и точных типов данных устройств являются термоэлектрические (термопарные) термометры, принцип действия которых основан на так называемом эффекте Зеебека. Сущность данного эффекта состоит в генерировании электрического сигнала на наружных концах двух погруженных в измеряемую среду электродных проводников – положительного и отрицательного. Для их изготовления используется специальная термопарная проволока из металлов/сплавов с различными химико-термическими характеристиками.

При соединении в единую конструкцию плюсового и минусового электродов образуется термопара, погружаемые в измеряемую среду концы которой называются рабочей зоной. Если к наружным выводам термопары подключить электроизмерительный прибор (милливольтметр) со шкалой, градуированной в градусах Цельсия, (Фаренгейта или Кельвина), стрелка датчика будет отображать изменения температурных параметров измеряемой среды.

Диапазон измеряемых с помощью таких термометров температур чрезвычайно широк. В зависимости от свойств используемой термопарной проволоки он варьируется в пределах от -200 до +2500°С. Точность измерения у термопарных датчиков также очень высока и может достигать значения 0,01°С. Термоэлектронные термометры широко используются в промышленных системах управления и контроля, а также при измерении температурных характеристик газообразных, жидких, твердых, сыпучих и пористых сред.

Термопары с электродами из благородных/неблагородных металлов

Максимальная долговечность и точность присуща термометрам с электродами из благородных металлов (золото, платина, палладий, родий и др.), а также их сплавов. Однако такие устройства слишком дороги, в результате чего сфера их практического применения ограничена.

Основным достоинством термоэлектронных термометров с электродами из неблагородных металлов и их сплавов (железа, меди, никеля, хромели, копели, константана и т.д.) является ценовая доступность, простота изготовления, широкий спектр измерений. Типы задействованных в них термопар получили повсеместное распространение во всех производственно-хозяйственных отраслях.

Однако «неблагородным» термопарам присущи и свои слабые стороны. В частности, они подвержены коррозии, другим агрессивным воздействиям. К существенным недостаткам можно причислить и нарушение однородности молекулярной структуры вследствие наличия посторонних примесей и термического старения, что вызывает погрешности в градуировке до 5°С и более.

Использование сплавов хромель и константан для изготовления термопар

Одними из наиболее востребованных являются термоэлектрические термометры, в которых электроды термопар выполняются из сплавов хромель и константан. Их популярность обусловлена, прежде всего, минимальными значениями температурного коэффициента омического сопротивления и стабильно высокими показателями термо-ЭДС.

Хромель – термоэлектродный сплав, включающий в себя около 90% никеля, 9−10% хрома, а также, суммарно, до 1,5% меди, кобальта, марганца, железа и кремния. При этом по большей части используется термопарная хромелевая проволока НХ9,5 (ГОСТ 492-2006), Ø 0,2 – 3,2 мм.

Показатель удельной плотности сплава составляет 8,7 г/см³, а температура плавления – 1460°C. Значения коэффициентов, характеризующих удельное сопротивление и линейное расширение – соответственно, 0,65 мкОм·мм 2 /м и 12,7·10 -6 °C -1 .

Способность хромелевой проволоки сохранять стабильность термо-ЭДС при температуре до 1000°C на воздухе позволяет использовать ее в виде положительного электрода хромель-алюмелевых, хромель-копелевых, хромель-константановых и других хромелевых термопар.

Константан (от лат. constanta – постоянство) — термически стабильный сплав золотистого цвета на основе меди (Cu) (около 60%) с добавлением никеля (Ni) (38—42%) и марганца (Mn) (до 2%).

Важнейшее практическое достоинство данного материала заключается в том, что его удельное сопротивление постоянно, откуда и пошло само название константан. Оно напрямую связано с колебаниями температуры. При 20°С электросопротивление составляет 0,48 мкОм·мм 2 /м.

Одна из основных областей применения сплава – изготовление отрицательного электрода термопар, имеющих рабочую температуру до 450—550°C. Для изготовления электродов обычно применяется константановая проволока марки МНМц40−1,5 и проволока из сплава копель МНМц43−1,5. При этом, стоит отметить, что не рекомендуется применять константановые термопары для серосодержащих сред, поскольку сера оказывает разрушительное воздействие на никелевый компонент сплава.

Термопары с электродами из константана и рекомендации к их применению

Железо-константановые термопары (ТЖКн, тип J)

Буквенное обозначение НСХ – J. Материал положительного электрода – технически чистое железо (Fe), отрицательного – сплав константан (45% Сu + 45% Ni, Mn, Fe). Коэффициент термо-ЭДС, мкВ/°С (в температурном диапазоне, °С) – 50-64 (0-800). Рабочий спектр температур, °С — от –200 до +750. Максимальная температура при не долговременном использовании, °С – 900.

Рекомендации к применению:
• оптимальный вариант для использования в разреженной атмосфере;
• возможно применение в восстановительной/окислительной средах;
• рекомендован для замеров предельно низких температур, близких к 0°К;
• предельная температура применения +550°С (при более высоких температурных значениях выводы быстро окисляются;
• погрешность показаний увеличивается по мере термического старения.

Рисунок 1. Железо-константановая термопара (тип J)

Хромель-константановые термопары (ТХКн, тип Е)

Буквенное обозначение НСХ – Е. Материал положительного электрода – сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr), отрицательного – сплав константан (45% Сu + 40% Ni, Mn, Fe). Коэффициент термоЭДС, мкВ/°С (в температурном диапазоне, °С) – 59-81 (0-600). Рабочий спектр температур, °С — от –200 до +700. Максимальная температура при не долговременном использовании, °С – 900.

Рекомендации к применению:
• наивысшая чувствительность среди всех термопар, используемых в промышленности;
• требование по термоэлектрической однородности материалов электродов;
• возможность производить измерения измерений в широком температурном спектре (от –42 до +880 °C).

Медь-константановые термопары (ТМКн, тип Т) Хромель-константановые термопары (ТХКн, тип Е)

Буквенное обозначение НСХ – Т. Материал положительного электрода – Медь (Сu), отрицательного – сплав константан (45% Сu + 40% Ni, Mn, Fe). Коэффициент термо-ЭДС, мкВ/°С (в температурном диапазоне, °С) – 59-81 (0-600). Рабочий спектр температур, °С – от -200 до +700. Максимальная температура при не долговременном использовании, °С – 900.

Рекомендации к применению:
• возможно применение в восстановительной/окислительной, а также вакуумной средах;
• может использоваться для измерений при температурах ниже 0 °С (не чувствительны к высокой влажности);
• возможно применение в средах с избытком или дефицитом О₂;
• подходит для измерений в температурном диапазоне от 250 до 300°C;
• нежелательно применять при значениях температур, превышающих 450°С.

Удлиняющие (компенсационные) провода для термопар

Необходимо, чтобы свободные оконечности холодного спая термопары, подсоединяемые к измерительному прибору, находились при постоянной температуре, близкой к 0°С. В случае их подсоединения непосредственно к контактам электротермометра выполнение данного условия не представляется возможным. Это обуславливает потребность в использовании с данной целью удлиняющих компенсационных проводов, подвергаемых охлаждению до нулевой температуры.

Для изготовления таких проводов применяют металлы/сплавы, имеющие сходные с электродами термопары значения термоэлектродвижущей силы. В недорогих константановых термопарах это провода из тех же материалов, что и электроды. Диаметр компенсационных проводов, как правило, составляет от 1,0 до 1,5 мм.

Применение на практике

Термоэлектронные термометры на основе термопар железо-константан, хромель-константан и медь-константан находят широкое практическое применение в промышленных системах управления и контроля, а также при измерении температурных характеристик газообразных, жидких, твердых, сыпучих и пористых сред.

Они, в частности, используются при замере температур в печах, газгольдерах, газовых турбинах, ряде ДВС и других промышленных установках. С их помощью также осуществляют управление температурным режимом в различных промышленных и бытовых отопительных приборах, поскольку поступающий от термопары электрический сигнал удобно корректировать посредством электронных реостатов.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Источник