Przewody kompensacyjne do termopary stosowane są do podłączania czujników termoelektrycznych do oddalonych punktów podłączeniowych takich jak szafy sterownicze, wskaźniki, regulatory itp., co umożliwia przesyłanie sygnału z czujnika na duże odległości bez strat na sygnale i podłączenie do jednostek przetwarzających. Z naszego artykułu dowiesz się m.in. jak odczytywać oznaczenia wspomnianych przewodów, ich kolory i klasy tolerancji. Czytaj dalej!
Termopary to urządzenia do pomiaru temperatury z termoelementem – połączenie dwóch drutów wykonanych z różnych materiałów – jako czujnikiem pomiarowym. Oprócz wspomianego termoelementu, składają się z przewodu łączącego spoinę pomiarową z punktem odniesienia, czyli zaciskami.
Jeden koniec termopary połączony jest w tzw. spoinę pomiarową, zaś wolne końce z drugiej strony są zaciskami, w których mierzone jest napięcie, które powstało na skutek efektu termoelektrycznego.
Termopary wkręcane z głowicami
Termopara z kablem
W większości przypadków termopara jest podłączana do innego urządzenia pomiarowego za pomocą przewodów łączących. Wśród nich wyróżniamy przewody przedłużające i kompensacyjne.
Przewody kompensacyjne są przeznaczone do podłączenia termopar do urządzeń pomiarowych. Są wykonane z materiału mającego taką samą charakterystykę elektryczną co termopara w zakresie temperatur dopuszczonych przez normę DIN EN 60 584, żeby nie zafałszować wyników pomiaru. Np. dla termopary typu K przewodowy kompensacyjne wykonane są z następujących rodzajów żył: Fe/Cu-Ni, Ni/Cr-Ni lub Pt-Rh/Pt.
Przewód kompensacyjny składa się z przewodów „+” i „–”, które przy temperaturach punktu przyłączenia do 200°C wytwarzają to samo napięcie termoelektryczne co termoelement.
Podłączenie termopary – schemat
Kable kompensacyjne dostępne są w różnych izolacjach, osłonach ochronnych i z wieloma żyłami. Są oznakowane kodem barwnym i wyróżnikiem literowym o następującym znaczeniu:
Przykład:
KX: przewód kompensacyjny do termopary NiCr-Ni typu „K“, wykonany z takiego samego materiału, co termopara
RCA: przewód kompensacyjny do termopary PtRh-Pt typu „R“, wykonany z materiału specjalnego typu A
Dla przewodów kompensacyjnych zdefiniowano dwie klasy tolerancji: 1 i 2. Klasa 1 ma jest osiągalna tylko dla przewodów termoprzewodzących wykonanych z tego samego materiału co termopara (typu X). Standardowo dostarczane są przewody kompensacyjne klasy 2.
Tabela 1. Wartości odchyleń granicznych dla danych zakresów temperatur stosowania w zależności od rodzaju klasy
Zakres temperatur stosowania oznacza temperaturę, na którą można wystawić cały przewód wraz z zaciskami łączącymi go z termoparą, „tak aby nie przekroczyć podanych w tabeli wartości tolerancji. Z uwagi na nieliniowość napięć termoelektrycznych podane odchylenia graniczne w µV lub °C odnoszą się do temperatury pomiarowej, podanej w prawej kolumnie.
Konkretnie oznacza to na przykład:
Termopara typu J jest podłączona do przewodu kompensacyjnego typu JX, klasy 2. Jeżeli temperatura pomiarowa jest stała i wynosi 500 °C, a temperatura na zaciskach i/lub temperatura przewodów kompensacyjnych waha się między -25 °C a 200 °C, to wskazana temperatura zmienia się przy tym najwyżej o ±2,5 °C.
Tabela 2. Tolerancja wskazania temperatury przy termoparze typu "J" podłączonej za pomocą przewodu kompensacyjnego "JX" klasy 2 wynosi 2,5°C
Przewody kompensacyjne i przedłużające (termoelektyczne) to elementy instalacji pomiarowej, które łączą czujnik termoelektyczny z urządzeniem pomiarowym np. regulatorem, rejestratorem temperatury lub wskaźnikiem.
Główna różnica polega na tym, że przewody kompensacyjne wykonane są z materiałów zastępczych o takich samych właściwościach termoelektrycznych co termoelement, a przewody przedłużające składają się z takich samych materiałów jak termoelement.
Napięcie powstające na końcach termopary jest proporcjonalne do różnicy temperatury spoiny pomiarowej oraz temperatury odniesienia. Charakterystyka termopar w normach podawana jest dla temperatury odniesienia o wartości 0˚C. Tylko przy takiej wartości możliwe jest korzystanie z tablic bez wprowadzania poprawek do mierzonych wartości.
Jednakże, o ile w warunkach laboratoryjnych można osiągnąć temperaturę odniesienia 0˚C poprzez umieszczenie punktu odniesienia w wodzie z lodem, o tyle w przypadku pomiarów przemysłowych nie jest to możliwe – w takich warunkach temperatura w pobliżu instalacji czujnika waha się.
Ten problem rozwiązują przewody kompensacyjne – oddalają one spoinę odniesienia do miejsca, gdzie wahania temperatury otoczenia są stosunkowo niewielkie.
Dla termopar wg DIN EN 60 584 ustalono następującą zasadę: ramię dodatnie (plus) ma taki sam kolor jak płaszcz, a ramię ujemne (minus) jest białe. Dla „starych“ termopar typu „U“ oraz „L“ wg DIN 43 713 przyjęto jednak inne oznakowania:
Tabela 3. Oznaczenia kolorystyczne przewodów kompensacyjnych według obowiązujących i wycofanych norm
Jedynym wyjątkiem są przewody obwodów iskrobezpiecznych w urządzeniach przystosowanych do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. O ile są one kolorowe, płaszcz wszystkich przewodów kompensacyjnych jest jasnoniebieski, podczas gdy kolor żył jest zgodny z podanymi kodami barwnymi (Niebieski kolor termopary Cu-CuNi wg DIN 43 713 to granatowy).
Uwaga! Kodowanie kolorów może się różnić w zależności od normy
Przykład oznaczenia kolorem zielonym termopary typu K:
Przykład oznaczenia kolorem zielonym termopary typu K w JUMO
Wkręcana termopara typu K z kablem kompensacyjnym od JUMO dostępna jest w różnych wersjach i posiada przewód kompensacyjny k w silikonie lub z oplotem metalowym. W zależności od wersji, przewody kompensacyjne nadają się do stosowania w pomieszczeniach suchych i wilgotnych w zakresie temperatur od -20 do +350°C.
Termopara płaszczowa z przewodem kompensacyjnym JUMO ma dostępny wkład pomiarowy typu J, K lub L. W zależności od wykonania kabel może być używany zarówno w suchych, jak i wilgotnych środowiskach procesowych. Temperatura pracy tej termopary mieści się w zakresie od -200 do 600°C.
