Termopary – termoelektryczne czujniki temperatury do pomiaru temperatury

Czujniki termoelektryczne - termopary typu: J, K, N, T, S, R, B - http://acse.pl

Termoelektryczne czujniki temperatury – termopary typu: J, K, L, N, E, T, R, S i B to czujniki temperatury, które przeznczone są do pomiaru temperatury: cieczy, gazów, elementów maszyn i urządzeń.

Pomiar temperatury może być dokonywany się za pomocą różnych typów czujników temperatury, czujników rezystancyjnych (RTD), jak i czujników termoelektrycznych. Czujniki termoelektryczne (inaczej termopary) to z grupa czujników temperatury, które służą do pomiaru, kontroli i monitoringu temperatury w różnych procesach przemysłowych. Termopary ze względu na swoje właściwości służą głównie do pomiaru temperatury w zakresie niskiej, średniej, wysokiej i bardzo wysokiej temperatury. Termopary do pomiaru temperatury wykorzystują zjawisko termoelektryczne Seebecka.

Zasada działania - czujniki termoelektryczne - termopary typu: J, K, N, T, S, R, B - http://acse.pl
Zasada działania termopary

Zjawisko Seebecka to zjawisko termoelektryczne, które polega na powstawaniu siły elektromotorycznej (termoelektrycznej) w obwodzie składającym się z dwu różnych metali, stopów metali lub półprzewodników, gdy ich złącza znajdują się w dwóch różnych temperaturach. Powstające napięcie termoelektryczne termopary jest proporcjonalne do mierzonej temperatury oraz typu termoelementu pomiarowego (termopary). Napięcie termoelektryczne generowane przez termopary zmienia się wraz ze zmianą temperatury, im wyższa jest temperatura mierzona, tym napięcie termoelektryczne jest wyższe. Napięcie termoelektryczne generowane przez termopary zależy nie tylko od mierzonej temperatury, ale zależy również od materiałów z których wykonane są druty termopary. Termopara składa się z dwóch drutów termoparowych (tzw. termoelektrod), każdy z drutów termopary wykonany jest z innego materiału (metalu lub stopu metali). Miejsce połączenia dwu drutów termopary nazywa się „spoiną pomiarową” zaś wolne końce „zimnymi końcami”. W zastosowaniach przemysłowych najczęściej stosuje się termopary typu J, K, L, N, E i T oraz termopary platynowe typu S, R oraz B.

W zależności od zastosowanych materiałów termopary mogą generować różne napięcie termoelektryczne. Zależności pomiędzy napięciem generowanym przez termopary, a temperaturą opisują odpowiednie normy. W Polsce obowiązuje PN-EN60584-1: 2014-04, która opisuje wartości siły termoelektrycznej dla każdego typu termopary oraz ich dopuszczalne odchyłki (patrz załącznik pt. “Charakterystyki termometryczne dla czujników termoelektrycznych typu J, K, N, T, S, R i B)“).

Czujniki termoelektryczne - termopary typu: J, K, N, T, S, R, B - http://acse.pl

Budowa standardowej termopary.

Budowa termopary J, K, L, N, E, T, R, S i B - http://acse.pl
Budowa termopary

Standardowa termopara składa się z poniższych elementów:

  • Dwa zespawane z sobą druty termoparowe (termoelektrody), które tworzą właściwą termoparę.
  • Izolator ceramiczny (koraliki ceramiczne lub pręt ceramiczny z otworami.
  • Osłona zewnętrzna zapewniająca osłonę mechaniczną i chemiczną spoiny pomiarowej i drutów termoparowych. Jako osłona termopary najczęściej stosuje się różne gatunki stali nierdzewnej, stali żaroodpornej lub też osłony ceramiczne (wykonane z mulitu lub korundu).
  • Przyłącze elektryczne umożliwia połączenie termopary z urządzeniami do pomiaru, regulacji lub rejestracji temperatury. Przyłącze elektryczne może być wykonane w różnej formie, w postaci przewodów termoparowych (termoparowych), specjalnych złącz kompensacyjnych (wtyków lub gniazd termoparowych) lub głowic przyłączeniowych. W głowicy przyłączeniowej wykonanej z aluminium znajduje się zazwyczaj kostka ceramiczna z zaciskami elektrycznymi, do których podłącza się przewody kompensacyjne odpowiednie do typu termopary.
  • Przyłącze procesowe umożliwia montaż czujnika na instalacji. Przyłącze procesowe może być wykonane w różnej formie, w zależności od potrzeb użytkownika. Może to być gwint (męski lub żeński), kołnierz lub szybkozłącze (tzw. zapięcie bagnetowe). Czujniki temperatury mogą być też wykonywane bez żadnego przyłącza (np. termopary płaszczowe). Takie termopary są montowane za pomocą różnego rodzaju uchwytów przesuwnych lub gwintowych, w specjalnych pochwach lub osłonach montażowych, za pomocą opaski zaciskowej lub po prostu poprzez przykręcenie czujnika za pomocą wkrętu do mierzonej powierzchni.

Podstawowe zalety termopar (czujników termoelektrycznych).

Podstawową zaletą czujników termoelektrycznych jest ich prosta budowa, wysoka trwałość, szybki czas odpowiedzi oraz możliwość stosowania w znacznie wyższych temperaturach niż czujniki rezystancyjne. Termopary jednak wymagają do podłączenia specjalnych przewodów termoparowy, kompensacyjnych lub przedłużających oraz specjalnych złącz skompensowanych (są to różnego typu wtyki i gniazda termoparowe). Przewody kompensacyjne, przedłużające i złącza skompensowane są wykonywane ze specjalnych materiałów, które są inne dla każdego typu termopary. Czujniki termoelektryczne standardowo dostępne są w dwóch klasach dokładności, w klasie dokładności „1” (wyższa) oraz klasie dokładności „2” (podstawowej). Dopuszczalne odchyłki opisane są w nomom PN-EN60584. Na życzenie klienta produkowane są również termopary o specjalnej dokładności (tolerancji zgodniej z normą AMS2750). Są to termopary, których maksymalny błąd pomiarowy pomiędzy poszczególnymi termoparami wynosi max +/-1,1°C (+/-0,4%) w całym zakresie pomiarowym. Termopary wykonane wg AMS2750 stosowane są głównie w urządzeniach i liniach produkcyjnych do obróbki cieplnej muszących spełniać wysokie wymagania jakościowe, co, do jakości produktu końcowego (NADCAP, CQI-9, TUS i inne). Głównym odbiorcą termopar wykonanych wg AMS2750 jest przemył lotniczy i motoryzacyjny.

Najczęściej stosowane termopary oraz zakresy ich stosowania:

  • Termopary typu J (Fe-CuNi): zakres temperatury -40…+750°C
  • Termopary typu K (NiCr-Ni): zakres temperatury -200…+1200°C
  • Termopary typu E (NiCr-CuNi): zakres temperatury -200…+900°C
  • Termopary typu L (Fe-CuNi): zakres temperatury -40…+750°C
  • Termopary typu N (NiCrSi-NiSi): zakres temperatury do +1200°C (1350°C)
  • Termopary typu T (Cu-CuNi): zakres temperatury -200…+350°C
  • Termopary typu S (PtRh10-Pt): zakres temperatury do 1600°C
  • Termopary typu R (PtRh13-Pt): zakres temperatury do 1600°C
  • Termopary typu B (PtRh30-PtRh6): zakres temperatury do 1800°C
  • Termopary typu C (W5%Re–W26%Re): zakres temperatury do 2200°C
  • Termopary typu D (W3%Re–W25%Re): zakres temperatury do 2200°C

Zawartość tego artykułu:


Podział termoelektrycznych czujników temperatury (termopar przemysłowych).

Grupa I – Podstawowe termoelektryczne czujniki temperatury (termopary bez metali szlachetnych).

Najczęściej używane typy czujników termoelektrycznych tej grupy to termopary typu: J, K, E, K, T i N, które wykorzystują powszechnie dostępne metale oraz ich stopy, takie jak: nikiel, miedź i żelazo (bez metali szlachetnych). Zakres stosowania standardowych czujników termoelektrycznych w zależności od typu termopary mieści się w przedziale -200…1200°C.

  • Termopara typu J (Fe-CuNi) wykonana jest z żelaza (Fe) w połączeniu konstantanem (CuNi). Zalecany zakres stosowania termopary typu J wynosi -40…+750°C, a czułość to 55µV/°C. Termopary typu J (Fe-CuNi) przeznaczone są głównie do pomiaru temperatury w atmosferze obojętnej, redukującej, utleniającej, jak i w próżni.
  • Termopara typu K (NiCr-Ni) wykonana jest ze stopu NiCr-Ni, zalecany zakres stosowania termopary typu K wynosi -200…+1200°C, a ich czułość to 41µV/°C. Termopary typu K charakteryzują się większą odporność na utlenianie, niż termopary typu E, J i T, natomiast nie jest zalecane używane termopar typu K w atmosferze redukującej i próżni (bez stosowania odpowiednich osłon).
  • Termopara typu E (NiCr-CuNi) wykonana jest z ze stopu NiCr-CuNi, zalecany zakres stosowania termopary typu E wynosi -200…+900°C, a czułość to 68µV/°C. Termopary typu E (NiCr-CuNi) ze względu na wysoką czułość przeznaczone są głównie do pomiaru niskiej temperatury (zwłaszcza kriogenicznej).
  • Termopara typu L (Fe-CuNi) wykonana jest z żelaza (Fe) w połączeniu konstantanem (CuNi). Zalecany zakres stosowania termopary typu J wynosi -40…+750°C, a czułość to 55µV/°C. Termopary typu L (Fe-CuNi) przeznaczone są do pomiaru temperatury w atmosferze obojętnej, redukującej, utleniającej, jak i w próżni.
  • Termopara typu N (NiCrSi-NiSi) wykonana jest ze stopów NiCrSi-NiSi, zalecany zakres pomiarowy temperatury termopary typu N wynosi -200… +1200°C, a czułość to 39µV/°C. Termopary typu N są odporne na utlenianie, nawet w wysokich temperaturach.
  • Termopara typu T (Cu-CuNi) składa się z Cu-CuNi, termopary typu T przeznaczone są do pomiaru temperatury w zakresie -200…+350°C. Czułość termopary T wynosi 30µV/°C. Nadają się one do pomiarów temperatury w atmosferze utleniającej, redukującej, obojętnej i w próżni.

Grupa II – Wysokotemperaturowe termoelektryczne czujniki temperatury (termopary platynowe).

Platynowe czujniki temperatury do pomiaru temperatury ( termopary typu: S,R i B) - termopary platynowe typu TTSC14
Termopary platynowe w osłonach ceramicznych.

Drugą grupę czujników termoelektrycznych stanowią termopary wysokotemperaturowe (tzw. termopary platynowe). Termopary platynowe wykonane są ze stopu metali szlachetnych, głównie platyny oraz stopu platyny i rodu. Termopary te to tzw. termopary platynowe typu B (PtRh30-PtRh6), R (PtRh13-Pt) i S (PtRh10-Pt), które różnią się zawartością rodu i platyny, a co za tym idzie górną temperaturą pracy, trwałością i dokładnością. Termopary platynowe przeznaczone są głównie do pomiaru wysokiej temperatury, w zakresie do +1600°C (termopary typu R i S) oraz do +1800°C (termopary typu B).

  • Termopara typu S (PtRh10-Pt) składa się z platyny oraz stopu platyny i rodu PtRh10-Pt. Termopary platynowe typu S stosuje się do pomiaru temperatury w zakresie do +1600°C. Typowa czułość termopary platanowej typu S wynosi 10µV/°C. Nadają się one do pomiarów temperatury w atmosferze utleniającej, obojętnej oraz w próżni (bez odpowiednich osłon nie są zalecane do pracy w atmosferze redukującej).
  • Termopara typu R (PtRh13-Pt) składa się z platyny oraz stopu platyny i rod PtRh13-Pt. Termopary platynowe typu R stosuje się do pomiaru temperatury w zakresie do +1600°C. Typowa czułość termopary R wynosi 14µV/°C. Nadają się one do pomiarów temperatury w atmosferze utleniającej, obojętnej oraz w próżni (bez odpowiednich osłon nie są zalecane do pracy w atmosferze redukującej).
  • Termopara typu B (PtRh30-PtRh6) składa się ze stopu platyny oraz rodu PtRh30-PtRh6. Termopary platynowe typu B stosuje się do pomiaru temperatury w zakresie do +1800°C. Typowa czułość termopary typu B wynosi 12µV/°C. Nadają się one do pomiarów temperatury w atmosferze utleniającej, obojętnej oraz w próżni (bez odpowiednich osłon nie są zalecane do pracy w atmosferze redukującej).

Termopary platynowe są znacznie droższe niż standardowe termopary typu E, J, K, L, T i N oraz łatwo je można uszkodzić, ponieważ są wyposażone w specjalne osłony ceramiczne. Nie zaleca się stosowanie termopar platynowych bez odpowiednich osłon ceramicznych, gdyż przy temperaturze powyżej 960°C do spoiny pomiarowej mogą dyfundować różne związki, które mogą zmieniać (zatruwać) charakterystykę termometryczną termopary. Z podobnych przyczyn termopary platynowe nie powinny być umieszczane bezpośrednio w osłonach metalowych (bez odpowiednich osłon ceramicznych).

Grupa III – Termopary do bardzo wysokich temperatur (termopary wolframo-renowe).

Do pomiaru bardzo wysokich temperatury stosowane są termopary wolframo-renowe, są to termopary typu C (W5%Re–W26%Re) lub D (W3%Re–W25%Re). Termopary te mogą służyć do pomiaru temperatury w zakresie nawet do 2300°C.

Osobną grupę termopar przemysłowych ze względu na budowę stanowią tak zwane termopary płaszczowe (tzw. płaszczowe czujniki temperatury), które różnią się od termopar standardowych technologią wykonania, wymiarami, właściwościami mechanicznymi, itp.

Grupa IV – Płaszczowe czujniki termoelektryczne (termopary płaszczowe).

Budowa termopary płaszczowej:

Termoelektryczne czujniki temperatury - termopary płaszczowe typu: J, K, N, T, S, R, B - http://acse.pl
Płaszczowe czujniki temperatury (termopary) – budowa.

Termopary płaszczowe składają się z:

  • Dwóch zespawanych z sobą odpowiednich drutów termoparowych (termoelektrod).
  • Warstwy izolacji wykonanej z wysoko higroskopijnego oraz silnie sprasowanego tlenku magnezu (MgO) zapewniającego wysoką rezystancję izolacji oraz elastyczność osłony.
  • Zewnętrznego płaszcza metalowego zapewniającego osłonę mechaniczną i chemiczną spoiny pomiarowej i drutów termoparowych.

Czujniki płaszczowe (termopary) posiadają na jednym końcu zespawane druty termoparowe, które tworzą spoinę pomiarową. Spoina pomiarowa może być odizolowana od płaszcza (osłony), zespawana z płaszczem lub też w ogóle nieosłonięta (tzw. eksponowana). Drugi koniec termopary płaszczowej (wolne końce) są zakończone odpowiednim przyłączem elektrycznym, które może być w postaci:

  • Głowicy aluminiowej z kostką ceramiczną i zaciskami elektrycznymi,
  • Skompensowane złącze termoparowe (wtyczka lub gniazdo termoparowe),
  • Tulejka z odpowiednim przewodem kompensacyjny, przedłużający lub termoparowym,
  • Wolnych końców (czyli gołych drutów termoparowych bez izolacji).

Termopary płaszczowe posiadają wiele zalet, które je charakteryzuje:

Płaszczowe czujniki temperatury (termopary płaszczowe typu: J, K, N, T, S, R, B) - http://acse.pl
Termopary płaszczowe (J, K, N, T, R i S).
  • Mała średnica zewnętrzna i duża elastyczności,
  • Duża odporność mechaniczna,
  • Druty termopary są osłonięte i zabezpieczone przed utlenianiem, korozją i zanieczyszczeniem chemicznym,
  • Krótki czas reakcji, co pozwala mierzyć procesy szybkozmienne.

Dzięki odpowiedniej budowie i silnemu sprasowaniu izolacji, termopary płaszczowe są bardzo giętkie i mogą być dowolnie kształtowane przez użytkownika przy zachowaniu określonego promienia gięcia. Zalecany promień gięcia termopary płaszczowej to min. 3 średnice zewnętrzne płaszcza, z którego jest wykonana. Mała średnica zewnętrzna płaszcza termopary umożliwia pomiar temperatury w miejscach trudnodostępnych oraz wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba zastosowania czujników temperatury o dużej odporności na drgania i wstrząsy, a zarazem o krótkim czasie reakcji na zmianę temperatury.

Aby dobrać odpowiednie wykonanie termopary należy określić następujące elementy:

  • Typ termoelementu (termopary),
  • Materiał osłony (płaszcza),
  • Średnica osłony (płaszcza),
  • Rodzaj spoiny pomiarowej,
  • Rodzaj przyłącza elektrycznego (głowica, przewód, wtyk itp.).

Średnica termopary płaszczowej:
Średnica płaszcza decyduje o żywotności termopary, odporności na temperaturę i warunki panujące w mierzonym środowisku oraz o jej czasie reakcji. Przy doborze średnicy należy wybrać kompromis pomiędzy:

  • Czasem reakcji,
  • Elastycznością.
  • Małymi wymiarami,
  • Odpornością na temperaturę,
  • Odpornością mechaniczną,
  • Wytrzymałością na korozję.

Dopuszczalne odchyłki dla czujników termoelektrycznych – klasy dokładności termopar.

Typ termopary Zakres [°C]
Klasa 2
Odchyłki [°C]
Klasa 1
Zakres [°C]
Klasa 2
Odchyłki [°C]
Klasa 2
Cu-CuNi (T) –40…+125
+125…+350
±0,5
±0,004 |t|
–40…+133
+133…+350
±1
±0,0075 |t|
NiCr-CuNi (E) –40…+375
+375…+800
±1,5
±0,004 |t|
–40…+333
+333…+900
±2,5
±0,0075 |t|
Fe-CuNi (J) –40…+375
+375…+750
±1,5
±0,004 |t|
–40…+333
+333…+750
±2,5
±0,0075 |t|
NiCr-Ni (K) –40…+375
+375…+1000
±1,5
±0,004 |t|
–40…+333
+333…+1200
±2,5
±0,0075 |t|
NiCrSi-NiSi (N) –40…+375
+375…+1000
±1,5
±0,004 |t|
–40…+333
+333…+1200
±2,5
±0,0075 |t|
PtRh13-Pt (R), PtRh10-Pt (S) 0…+1100
+1100…+1600
±1,0
±(1+0,003 (|t|-1100))
0…+600
+600…+1600
±1,5
±0,0025 |t|
PtRh30-PtRh6 (B)  — +600…+1700 ±0,0025 |t|

Spoiny pomiarowe czujników termoelektrycznych.

Spoina pomiarowa termopary jest to miejsce połączenia (zespawania) drutów termoparowych, jest to właściwa cześć pomiarowa czujnika termoelektrycznego. Spoina pomiarowa termopary może być wykonana na wiele różnych sposobów. Najczęstsze wykonania spoiny pomiarowej termopary to:

  • Spoina odizolowana od płaszcza: spoina pomiarowa termopary jest odizolowana galwanicznie od osłony czujnika (płaszcza), która jest szczelnie zamknięta (zaspawana). Jest to standardowy rodzaj spoiny, stosowany w ośrodkach przewodzących, gdy wymagane jest odizolowanie elektryczne obwodu pomiarowego. Zalecana do stosowania, gdy termopara znajduje się w pobliżu urządzeń mogących wytwarzać pole elektromagnetyczne, które powoduje zakłócenia przy innych rodzajach spoin pomiarowych.
  • Spoina uziemiona do płaszcza: spoina pomiarowa termopary jest połączona galwanicznie z osłoną czujnika (płaszczem), która jest szczelnie zamknięta (zaspawana). Zapewnia to krótki czas reakcji na zmianę temperatury oraz zachowanie ochrony przed zewnętrznymi czynniki środowiska (ciecze, gazy). Spoina uziemiona stosowana głównie w ośrodkach nieprzewodzących.
  • Spina wyeksponowana: spoina pomiarowa termopary jest szczelnie wyeksponowana od osłony (płaszcza). Takie rozwiązanie zapewnia to bardzo szybki czas reakcji na zmianę temperatury. Wdą takiego rozwiązania jest brak ochrony drutów termopary na środowisko w którym pracują.

Kalibracja i wzorcowanie czujników termoelektrycznych (termopar)

Kalibracja termopar polega na ustaleniu błędu termopary w odniesieniu do rzeczywistej temperatury zmierzonej za pomocą innego przyrządu (przyrządu referencyjnego). Przyrządem referencyjnym jest urządzenie o wyższej dokładności (termopara wzorcowa), które posiada własny certyfikat kalibracji. Przyrządem referencyjnym w przypadku kalibracji termopar może być piec do kalibracji termopar lub termopara referencyjna (wzorcowa) w połączeniu z odpowiednim miernikiem referencyjnym, czy też kalibratorem temperatury.

Kalibracja i wzorcowanie to różne określenia odnoszące się do tego samego procesu. Polegają one na tym samym czyli na ustaleniu zależności wartości wskazywanych przez kalibrowaną termoparę w stosunku do wzorca (termopary referencyjnej). Wzorzec jest to określanie odnoszące się najczęściej do urządzenia wyższej klasy dokładności (urządzenia referencyjnego), które jest kalibrowane przez laboratorium wzorcujące o odpowiednich uprawnieniach.

W wyniku wzorcowania powstaje świadectwo na którym podane są wyniki wzorcowania, błędy pomiaru i jest oszacowana niepewność pomiaru. Wynik wzorcowania określa odchylenie w stosunku od normy i niepewność pomiaru przyrządu pomiarowego. Kalibracja termopary pozwala określić, czy termopara spełnia określone wymagania metrologiczne i czy może jeszcze służyć pomiaru temperatury.

Główny Urząd Miar oraz różne laboratoria wzorcujące rekomendują przeprowadzenie wzorcowania raz na rok lub raz dwa lata. Zalecenia te mogą jednak różnić się w zależności od firmy, gałęzi przemysłu, norm zakładowych, produkowanych wyrobów lub rodzaju przyrządów. Termopary można kalibrować bezpośrednio na obiekcie lub w własnym laboratorium pomiarowym. Jeżeli dana firma nie posiada odpowiedniego sprzętu pomiarowego lub laboratorium to usługę wzorcowania można zlecić zewnętrznym firmom. Termopary można również przesłać do wzorcowania do odpowiedniego laboratorium pomiarowego, które zazwyczaj posiada akredytację PCA (jest zgodne z nomą ISO 17025).

Przewody kompensacyjne i termoelektryczne (do łączenia termopar)

Przewody kompensacyjne i termoparowe do podłączenia termoelektrycznych  czujników temperatury (termopary typu: J, K, L, N, E, T, R, S i B)
Oznaczenie kolorystyczne termopar, przewodów kompensacyjnych, przedłużających oraz termoparowych.

Podłączenie termopary z różnymi urządzeniami pomiarowymi ( miernikami, regulatorami oraz rejestratorami temperatury) odbywa się tylko przy pomocą specjalnych przewodów kompensacyjnych lub przedłużających (termoparowych). Przewody kompensacyjne są to przewody wykonane zazwyczaj materiału zastępczego, co przynależny im termoelement i mogą być stosowane w zakresie temperatury do 200°C. Natomiast przewody przedłużające (termoelektryczne) to przewody wykonane z tego samego materiału, co termopary.

Przewody kompensacyjne składają się ze stopów metali, które mają taką samą charakterystykę, co dana termopara w zakresie dopuszczalnej temperatury pracy dla przewodów kompensacyjnych (DIN43722). Przewody kompensacyjne są stosowane do termopary typu K i N oraz termopar z metali szlachetnych typu R, S i B, ponieważ w tych przypadkach termopary składają się z materiałów bardzo drogich.

Napięcia termoelektryczne dla przewodów kompensacyjnych w określonym zakresie temperatury odpowiadają napięciom termoelektrycznym dla termopary dla której są przewidziane (według PN-EN60584-1). Dopuszczalna tolerancja błędów dla przewodów przedłużających i kompensacyjnych są określone normą DIN43722. Dostępne są dwie klasy dokładności dla przewodów, wyższa klasa dokładności (1) jest dostępna tylko dla przewodów przedłużających (termoelektrycznych), są to przewody z materiałów identycznych jak termopary. Klasa dokładności (2) dostępna jest zarówno dla przewodów termoelektrycznych jak i kompensacyjnych.

Oznaczenia kolorystyczne termopar, przewodów termoparowych przedłużających i kompensacyjnych jest określone odpowiedniki normami. Kolorystyka oznaczeń termopar i przewodów kompensacyjnych i termoparowych w zależności od normy została przedstawiona w tabeli obok. Dla termopary typu B mogą być stosowane przewody miedziane w zakresie temperatury zimnych końców do 100°C. Dlatego dla przewodów kompensacyjnych do termopary typu B nie przewidziano żadnych odchyleń granicznych. Jeśli przewody kompensacyjne dla termopary typu B będą stosowane w wyższych temperaturach, konieczne jest zastosowanie specjalnego przewodu kompensacyjnego.

Sposób doboru termoelektrycznych czujników temperatury.

Podczas doboru typu termopary należy zwrócić głównie uwagę na następujące aspekty:

  1. Mierzona temperatura: Czujniki termoelektryczne mogą mierzyć temperatury sięgające nawet 1800°C (termopary platynowe). Czujniki termoelektryczne poosiadają krótszy czas odpowiedzi i wyższą odporność mechaniczną niż czujniki rezystancyjne (RTD). Mierzona temperatura ma również wpływ na materiał z którego jest wykonana osłona termopary. Czujniki pracujące w temperaturze powyżej 800°C powinny mieć osłony wykonane ze stali żaroodpornej, natomiast powyżej 1100-1200°C należy stosować termopary wyposażone w osłony ceramiczne lub osłony ze specjalnych stopów lub czystej platyny.
  2. Mierzone medium: W zależności od mierzonego medium należy dobrać odpowiedni materiał osłony czujnika temperatury. Np. czujniki temperatury przeznaczone do pomiaru płynnego aluminium powinny mieć osłonę odporną na zwilżanie i korozję wywołaną działaniem płynnego aluminium (najczęściej z węglika krzemu lub azotku krzemu).
  3. Miejsce montażu: Miejsce montażu czujnika temperatury ma znaczenie przy doborze średnicy i długości osłony. Osłona czujnika temperatury powinna być z jednej strony o możliwie małej średnicy, im mniejsza średnica tym szybszy czas odpowiedzi czujnika. Natomiast z drugiej strony osłona powinna mieć średnicę odpowiednią do przenoszonego obciążenia, mierzonego medium, długości i sposobu montażu. Zalecana długość zanurzeniowa osłony czujnika powinna wynosić  min. 6-15 średnic w zależności od mierzonego medium. Tam gdzie nie mogą być montowane tak długie osłony (rurociągi o małej średnicy), zalecany jest montaż czujnika pod kątem do kierunku przepływu lub w kolanie rurociągu. W taki sposób aby jak największa powierzchnia osłony czujnika miała kontakt z mierzonym medium. Długość osłony czujnika również nie powinna być zbyt duża ze względu na możliwość jej ugięcia, zwłaszcza podczas montażu czujnika poziomo. Nie zalecany jest montaż poziomy czujników temperatury pracujących w wysokich temperaturach, ze względu na to że mogą ulec ugięciu pod własnym ciężarem.

Podział czujników temperatury termoelektrycznych (termopar) ze względu na budowę.

Czujniki termoelektryczne (termopary) wykonywane są w różnych obudowach, z różnymi przyłączami procesowymi i elektrycznymi. Ze względu na budowę czujniki dzieli się na klika kategorii:

  • Czujniki kablowe (przewodowe) – są to termoelektryczne czujniki temperatury (termopary), których przyłącze elektryczne wykonane jest w postaci odpowiedniego przewodu. Przy tego typu wykonaniu, temperatura pracy zależy najczęściej od izolacji w jakiej jest wykonany przewód termoparowy.
  • Czujniki głowicowe – są to termoelektryczne czujniki temperatury (termopary), których przyłącze elektryczne wykonane jest w postaci głowicy. Głowica może być wykonana z aluminium lub stali nierdzewnej, w głowicy czujnika znajduje się ceramiczna kostka z zaciskami do podłączenia odpowiedniego przewodu kompensacyjnego lub termoparowego.
  • Czujniki płaszczowe – są to termoelektryczne czujniki temperatury (termopary) wykonywane są ze specjalnego płaszcza, którego osłonę można dowolnie kształtować zachowując minimalny promień gięcia.
  • Czujniki ze złączami termoparowymi – są to termoelektryczne czujniki temperatury (termopary), których przyłącze elektryczne w postaci złącza skompensowanego (wtyk i gniazdo termoparowe). Takie przyłącze mogą mieć najczęściej termopary płaszczowe.

Termoelektryczne czujniki temperatury (termopary) – obciążalność osłon termometrycznych.

Dopuszczalne obciążenia osłon w warunkach pracy czujników temperatury zależą od ciśnienia mierzonego ośrodka, temperatury, prędkości przepływu, średnicy osłony, długości osłony [L], materiału z jakiego są wykonane. Wartości podane na wykresach obliczono dla wody i pary wodnej przy zamocowaniu osłon prostopadłym do osi rurociągu.

Średnica osłon czujnika: 6, 8, 9 i 10mm 
Obciążalność osłon czujników temperatury o średnicy 6, 8, 9 i 10mmDopuszczalna prędkość przepływu:
  • para – 25m/s
  • woda – 3m/s
Dopuszczalny moment dokręcenia łącznika – 49Nm
Średnica osłon czujnika: 11, 12, 14 i 15mm 
Obciążalność osłon czujników temperatury o średnicy 11, 12, 14 i 15mmDopuszczalna prędkość przepływu:
  • para – 40m/s
  • woda – 5m/s
Dopuszczalny moment dokręcenia łącznika – 98Nm

Termoelektryczne czujniki temperatury (termopary) – montaż.

Czujniki temperatury należy montować w miejscach umożliwiających łatwy dostęp, obsługę oraz konserwację. Termopary należy montować w taki sposób aby miały odpowiedni kontakt z mierzonym medium. Zalecana długości montażowe termopar wynoszą:

  • W pływającej wodzie: min. 6-8 średnic osłony zewnętrznej czujnika,
  • W przepływającym powietrzu: min. 10-15 średnic osłony zewnętrznej czujnika.

Przykładowe sposoby montażu termopar w rurociągu zostały pokazane poniżej:

  • Montaż prostopadły do kierunku przepływu,
  • Montaż pod kątem do kierunku przepływu,
  • Montaż w kolanie.
Typowe sposoby montażu czujników temperatury i termopar przemysłowych typu: J, K, N, T, S, R, B - http://acse.pl
Typowe sposoby montażu czujników temperatury i termopar

Podczas montażu w rurociągu zalecane jest aby element pomiarowy czujnika temperatury znajdował się w osi przepływu.

Montaż czujników temperatury z osłonami ceramicznymi.

Czujniki temperatury z osłonami ceramicznymi (termopary platynowe) powinny być montowane w miarę możliwości w miejscach łatwo dostępnych, umożliwiających obsługę i konserwację. Podczas pomiaru wysokich temperatur przy użyciu czujników o dużych długościach, czujniki powinny być montowane w pozycji pionowej. W przypadku konieczności montażu w pozycji poziomej należy stosować podpórki osłon, chroniące je przed wygięciem pod wpływem własnego ciężaru. Podczas montażu czujników z osłonami ceramicznymi na obiekcie już pracującym, w celu uniknięcia gwałtownego nagrzania osłony mogącego powodować jej pęknięcie, czujnik należy wprowadzać w gniazdo pomiarowe stopniowo go podgrzewając.

Zalecana szybkość wprowadzania czujników temperatury z osłonami ceramicznymi:

  • Dla temperatury 1200°C – zalecana szybkość wprowadzania powinna wynosić max 100-200mm/minutę.
  • Dla temperatury 1600°C – zalecana szybkość wprowadzania powinna wynosić max 10-20mm/minutę.

W celu eliminacji błędu pomiarowego wynikającego z rozkładu temperatury należy stosować czujniki o większych długościach dla uzyskania korzystnego stosunku długości części zanurzonej w ośrodku do długości całkowitej, zaleca się również izolowanie cieplne wystających poza miejsce pomiaru części osłony.

Zastosowanie termoelektrycznych czujników temperatury (termopar).

ACSE Sp. produkuje głównie: termopary wysokotemperaturowe w osłonach ze stali żaroodpornejtermopary do bardzo wysokich temperatur w osłonach ceramicznych, termopary do obróbki cieplnej (hartowania, odpuszczania, odprężania, wyżarzania, itp.), termopary do wytopu metali, termopary do płynnego aluminium, termopary do płynnego szkła oraz wypału ceramiki. Ponadto produkujemy także termopary do wtryskarektermopary do wytłaczarek, maszyn pakujących oraz zgrzewających, itp.

Czujniki (termopary) płaszczowe temperatury – podstawowe zastosowania:

  • Piece i wanny do obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej (termopary do obróbki cieplnej: hartowani, odpuszczania, itp.),
  • Piece odlewnicze (do odlewania: żeliwa, stali, aluminium, mosiądzu, itp.),
  • Autoklawy (np. do wytwarzania powłok kompozytowych, pasteryzacji i sterylizacji),
  • Suszarnie drewna, ceramiki, różnych materiałów, owoców i warzyw, itp.),
  • Piece do wypału ceramiki (termopary do wypału ceramiki),
  • Wanny i piece do wytopu szkła,
  • Piece do kształtowania szkła (do fusingu),
  • Wtryskarki i wytłaczarki do tworzyw i foli (termopary do wtryskarek i wytłaczarek),
  • Piece do obróbki cieplnej szkła (hartowania, odprężania, itp.),
  • Piece topiele do topienia materiałów żelaznych i nieżelaznych,
  • Maszyny pakujące (termopary do maszyn pakujących),
  • Piece laboratoryjne (termopary laboratoryjne),
  • Piece piekarnicze i cukiernicze,
  • Różne inne instalacje przemysłowe w wielu gałęziach przemysłu.

Zobacz również szeroką ofertę urządzeń do pomiaru, kontroli, regulacji, rejestracji oraz monitoringu temperatury w tym różnego rodzaju: tablicowe mierniki temperatury, elektroniczne regulatory PIDekranowe rejestratory temperatury, itp. na naszej stronie lub stronie producenta Shinko Technos.

Dostawcy

ACSE Sp. z o. o. w Krakowie zajmuje się produkcją i kompletacją aparatury-kontrolno-pomiarowych i urządzeń do pomiaru, kontroli, regulacji, sterowania, monitoringu i rejestracji parametrów technologicznych i procesowych w różnych gałęziach przemysłu, budownictwie, ciepłownictwie, wentylacji i klimatyzacji. Firma ACSE Sp. z o.o. produkuje różnego rodzaju czujniki temperatury, są to zarówno czujniki rezystancyjne (PTD: Pt100/Pt100), jak i czujniki termoelektryczne (termopary: J, K, L, N, E, T, R, S i B). Dodatkowo oferuje różnego rodzaju elektroniczne mierniki, uniwersalne regulatory PID (tablicowe i na szynę), rejestratory wielokanałowe, wielofunkcyjne dataloggery oraz różnego rodzaju cyfrowe przetworniki, w tym przetworniki temperatury, wilgotności, ciśnienia, różnicy ciśnień, przepływu, pH, redox (ORP), przewodności, itp. ACSE Sp. z o.o. oferuje również przetworniki niskich ciśnień, monitory różnicy ciśnień do czystych pomieszczeń (clean room), przetworniki prędkości powietrza, manometry cyfrowe, precyzyjne kalibratory ciśnienia i temperatury, kalibratory pętli prądowej, piece do kalibracji czujników temperatury, stacje meteo do farm wiatrowych, deszczomierze, przetworniki do pomiaru promieniowania słonecznego (pyranometry) do instalacji fotowoltaicznych, mierniki pyłów zawieszonych (PM), itp.

Dane kontaktowe

0
    Twoje zapytanie
    Brak zapytańPowrót