termopary płaszczowe
KNOW HOW

Termopara płaszczowa: cechy, budowa, zastosowanie

Chciałbyś poznać technologię, która rewolucjonizuje monitorowanie temperatury w przemyśle chemicznym, spożywczym, lotniczym, kosmicznym, energetycznym i hutniczym? Właśnie takim rozwiązaniem są termopary płaszczowe! Czytaj dalej, aby zrozumieć, jak te wyjątkowo wytrzymałe, elastyczne i precyzyjne urządzenia mogą wspierać Twoją działalność, zapewniając dokładne pomiary temperatury nawet w najtrudniejszych warunkach.

Termopary płaszczowe – co to jest?

Termopara to czujnik termoelektryczny, który składa się z dwóch półprzewodników, wykonanych z różnych materiałów i zespawanych na jednym końcu w miejscu zwanym spoiną pomiarową. Termopary płaszczowe wyróżniają się od konwencjonalnych mniejszym rozmiarem i możliwością dowolnego zginania (przy zachowaniu minimalnego promienia gięcia), dzięki czemu znajdują swoje zastosowanie w trudno dostępnych miejscach pomiarowych.

W termoparach płaszczowych, element termiczny jest zatopiony w twardym i mocno skompresowanym proszku ceramicznym. Pełni on rolę izolatora elektrycznego oraz zapewnia osłonę mechaniczną i chemiczną spoiny pomiarowej. Zależnie od materiału, z jakiego są wykonane, mogą być stosowane nawet w temperaturach przekraczających 1500°C.


Płaszczowe czujniki temperatury z głowicą typu B (typ 901006)

Termopara płaszczowa – budowa

Termopara płaszczowa składa się z:

  • Przewody termoelektryczne: Dwa przewody wykonane z różnych metali lub stopów, które są ze sobą połączone na jednym końcu i generują napięcie w odpowiedzi na ciepło.
  • Płaszcz: Metalowa osłona, która chroni przewody przed szkodliwymi wpływami środowiska i przekazuje ciepło do przewodów.
  • Izolacja: Materiał, który oddziela przewody od siebie i od płaszcza, zapobiegając fizycznemu kontaktowi, który mógłby zakłócić pomiar.
  • Złącze zimne: Koniec termopary, który jest połączony z urządzeniem pomiarowym i służy jako punkt odniesienia do obliczania temperatury.

Płaszcz termopary płaszczowej

Średnica płaszcza termopary decyduje o jej elastyczności i jej wytrzymałości. Może ona wynosić od 0,5 do 8,0 mm. Mniejsza średnica zapewnia większą giętkość, co jest korzystne w miejscach o ograniczonej przestrzeni, natomiast większa średnica zwiększa wytrzymałość mechaniczną i odporność na wibracje. Przy wyborze średnicy płaszcza termopary należy więc dokonać kompromisu między tymi właściwościami.

Materiał płaszcza termopary odgrywa istotną rolę w jej odporności na wysokie temperatury i korozję. Czujniki płaszczowe z płaszczem wykonanym z Inconelu 600, czyli stopu Ni 2.4816, są odporne na korozję i idealne dla wysokich temperatur. Ponadto są odporne na chlorki i amoniak. Z drugiej strony, płaszczowe termopary ze stali nierdzewnej 316 są odporne na agresywne środki i spaliny.

Wybór odpowiedniej średnicy i materiału płaszcza zależy od specyficznych wymagań aplikacji, takich jak odporność na korozję, wytrzymałość mechaniczna czy elastyczność.

Termopara typu J, K, L lub N z elastycznym przewodem płaszczowym oraz wtyczką kompensacyjną (typ 901240)

Termopara płaszczowa – zalety

Podsumujmy krótko to, czego dowiedziałeś się do tej pory. Termopary płaszczowe charakteryzują się następującymi cechami:

  1. Osadzenie w proszku ceramicznym: Termoelementy w termoparach płaszczowych są umieszczone w gęsto upakowanym proszku ceramicznym, co zwiększa ich wytrzymałość i stabilność.
  2. Odporność na wysokie temperatury: Możliwość stosowania w środowiskach o temperaturach przekraczających 1000 °C, dzięki wykorzystaniu odpowiednich stopów do produkcji przewodu.
  3. Elastyczność i cienka konstrukcja: Dzięki unikalnej konstrukcji, termopary płaszczowe mogą być bardzo cienkie i giętkie, co umożliwia ich zastosowanie w trudno dostępnych miejscach pomiarowych. średnica termopar płaszczowych może wynosić nawet 0,25 mm, niezależnie od rozmiaru, nie naruszając integralności instrumentu
  4. Odporność na wilgoć: Termoelementy płaszczowe są szczelnie zgrzewane, co eliminuje możliwość przenikania wilgoci i zakłócania pomiarów.
  5. Odporność na wstrząsy: Metalowy płaszcz i kabel MI chronią przewody przed wstrząsami i wibracjami, zapobiegając ich uszkodzeniom i czyniąc termopary płaszczowe wyjątkowo odporne na naprężenia mechaniczne.
  6. Odporność na korozję i agresywne substancje. Stal nierdzewna 316 charakteryzuje się dobrą odpornością na agresywne substancje chemiczne oraz na pary i spaliny w mediach chemicznych. Właściwości odporności na korozję stopu Alloy 600 sprawiają, że jest on szczególnie odpowiedni do termopar pracujących w wysokich temperaturach. Wytrzymuje również pękanie i powstawanie dołków w mediach zawierających chlor, a także korozję spowodowaną przez chlorowodór lub amoniak w roztworach wodnych.
  7. Szybka reakcja na zmiany temperatury

Termopary typu K, J, L z kablem kompensacyjnym (typ 901250)

Płaszczowe czujniki temperatury – rodzaje

Termopary płaszczowe występują w wielu typach, dostosowanych do różnorodnych zastosowań i warunków pracy.

  • Termopary płaszczowe typu J (Fe-CuNi) znajdują zastosowanie w próżni oraz atmosferach utleniających, redukujących i obojętnych. Zwykle stosowane są do mierzenia temperatur do 750°C, a w przypadku modeli o najgrubszym przewodzie - do 760°C, zgodnie z normą ASTM E230.
  • Typ K, czyli termopara NiCr-NiAl, to najczęściej stosowany wariant. Zaprojektowana do pracy w atmosferach utleniających lub obojętnych, jest w stanie dokonywać pomiarów temperatur do 1200 °C, a nawet 1260 °C w przypadku modeli o najgrubszych przewodach, zgodnie z normą ASTM E230.
  • Typ N (NiCrSi-NiSi) dedykowany jest dla atmosfer utleniających, obojętnych lub suchych atmosfer redukujących, z możliwością pomiaru temperatur do 1200 °C (ASTM E230: 1260 °C). Typ ten wykazuje wysoką dokładność w pomiarach przy wysokich temperaturach, z zakresem temperatur i napięciem źródła (SEM) prawie identycznymi jak w typie K. Jest on wykorzystywany w zastosowaniach wymagających dłuższej żywotności i stabilności.
  • Typ E (NiCr-CuNi) przeznaczony jest do pracy w atmosferach utleniających oraz obojętnych do pomiaru temperatur do 900 °C (ASTM E230: 870 °C) dla modeli z najgrubszymi przewodami.
  • Typ T (Cu-CuNi), skonstruowany dla pracy w temperaturach poniżej zera, jest zdolny do pomiarów do 350°C (ASTM E230: 370 °C) i może być używany w atmosferach utleniających, redukujących i obojętnych. Wykazuje odporność na korozję w atmosferach wilgotnych.

Termopary typu R, S i B są także dostępne w wersji umieszczonej w kablach MI. Szczegółowe specyfikacje dotyczące zakresu temperatur, klasy dokładności i wymiarów tych "szlachetnych" termopar płaszczowych powinny być ustalane indywidualnie.

Zastosowanie termopar płaszczowych

Dzięki swej wytrzymałości mechanicznej, elastyczności i szerokiemu zakresowi temperatur, czujniki płaszczowe stosowane są w branżach wymagających precyzyjnego monitorowania temperatury. Termopary płaszczowe wchodzą w skład typowego układu pomiarowego temperatury. W przemyśle chemicznym, na przykład, służą do kontrolowania temperatury procesów, które są kluczowe dla jakości końcowego produktu. W przemyśle spożywczym i napojowym, termopary płaszczowe pomagają utrzymać odpowiednie warunki dla przechowywania i przetwarzania żywności.

Są także niezastąpione w branży lotniczej i kosmicznej, gdzie dokładne pomiary temperatury mogą być kluczowe dla bezpieczeństwa lotu. Wytrzymałość na wibracje i szok termiczny czyni je idealnymi dla takich zastosowań. W energetyce i hutnictwie, termopary płaszczowe są wykorzystywane do monitorowania temperatury w warunkach ekstremalnego ciśnienia i temperatury.


Płaszczowe czujniki temperatury są montowane w liniach produkcyjnych i maszynach, w których wymagana jest ciągła kontrola temperatury

Porównanie punktów pomiarowych w termoparach płaszczowych

W termoparach płaszczowych wyróżniamy dwa typy konstrukcji końcówki sensora: z punktami pomiarowymi izolowanymi i uziemionymi. Gdy mówimy o punktach pomiarowych izolowanych, oznacza to, że miejsce pomiaru nie ma bezpośredniego połączenia z zewnętrznym płaszczem sensora (nazywamy to punktami pomiarowymi nieuziemionymi). Jest to standardowy rodzaj spoiny, wykorzystywany głównie w ośrodkach przewodzących lub gdy wymagane jest odizolowanie elektryczne obwodu pomiarowego

Z drugiej strony, w konstrukcjach z uziemionymi punktami pomiarowymi, miejsce pomiaru jest zespolone z zewnętrznym płaszczem sensora. W przypadku uziemionych punktów pomiarowych, czas reakcji jest znacznie krótszy, jednakże są one bardziej podatne na zakłócenia sygnału.


Płaszczowe czujniki temperatury – podsumowanie

Termopary płaszczowe, dzięki swojej unikalnej konstrukcji, dostarczają wysoce precyzyjne pomiary temperatury w najtrudniejszych warunkach przemysłowych. Charakteryzują się niewrażliwością na temperaturę, odpornością mechaniczną, wytrzymałością na wstrząsy i elastycznością, co czyni je niezastąpionym narzędziem w wielu branżach. Termopary płaszczowe stosowane są najczęściej w piecach hartowniczych i do wyżarzania elementów maszyn.

Wybór odpowiedniego typu termopary płaszczowej zależy od specyficznych wymagań danej aplikacji, w tym od temperatury pracy, atmosfery, warunków mechanicznych i wymagań odnośnie dokładności pomiaru. Istotnym jest również zrozumienie różnicy między konstrukcjami z punktami pomiarowymi izolowanymi i uziemionymi, które wpływają na czas reakcji sensora oraz na jego podatność na zakłócenia sygnału. Wiedza ta pozwala na wybór optymalnego rozwiązania, które spełni wszystkie wymagania techniczne, zapewniając precyzyjne i niezawodne pomiary temperatury.

Wykorzystaj technologię termopar płaszczowych do poprawy jakości swoich produktów, procesów i usług. Działaj już dziś, aby zapewnić sobie i swoim klientom najwyższy poziom kontroli temperatury. Skontaktuj się z nami i zyskaj właściwy czujnik temperatury!