Akademia automatyki
23 Kwiecień 2015
Jaka termopara do pieca a jaka do…, czyli typy termoelementów
Temperatura należy do podstawowych parametrów większości procesów przemysłowych. Jej pomiar czy utrzymanie odpowiedniego gradientu wpływa na bezpieczeństwo i optymalizację procesów. Z uwagi na powszechną potrzebę kontroli temperatury, rynek oferuje wiele rozwiązań, z których najpopularniejszym są termopary. Powodów powszechności tych relatywnie prostych w konstrukcji urządzeń jest mniej więcej tyle, co ich typów. No właśnie, jakie mamy typy termopar i do czego one służą?
Termopary to potoczna nazwa termoelementów, które swą popularność zawdzięczają szerokiemu zakresowi pomiarowemu, małej bezwładności czasowej oraz prostej budowie i niezawodności. Termopary znajdują zastosowanie zarówno w pomiarze materiałów sypkich, jak i cieczy oraz gazów i mogą być one stosowane w strefach zagrożenia wybuchem, w środowiskach agresywnych chemicznie, w procesach o wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Aż trudno uwierzyć, że do wykonania tak wszechstronnego i wytrzymałego urządzenia wystarczą skręcone razem lub zespawane druty odpowiednich stopów. I to właśnie owe pary stopów decydują o typie termoelementu.
Typy termopar
Do budowy termoelementów wykorzystuje się kilka rodzajów stopów metali, których specyfika decyduje o zastosowaniu. Mamy zatem termopary złożone ze stopów Cu-CuNi, NiCr-CuNi , Fe-CuNi itd. Dla uproszenia oznaczeń, do każdego zestawu stopów stosuje się zunifikowane oznaczenia kodowe – J,K,T… czyli T oznacza Cu-CuNi, E oznacza NiCr-CuNi, itd.
- Typ E – odpowiedni dla temperatur od –200°C do 900°C. Dają się stosować w atmosferze od próżni do łagodnie utleniającej, a także w bardzo niskich temperaturach. Typ E daje największe napięcie wyjściowe spośród wszystkich termoelementów zbudowanych z metali podstawowych.
- Typ J – odpowiedni dla niższych temperatur (-40°C do 750°C). Nie powinny być używane powyżej 760°C. Ekonomiczne i niezawodne. Popularne w przemyśle chemicznym (produkcja plastiku), ale używane również jako termopary ogólnego zastosowania w określonym zakresie temperatur.
- Typ K – standard przemysłowy dla temperatur od -200°C do 1200°C. Termopary typu K mogą korodować w środowiskach odtłuszczanych chemicznie.
- Typ N – podobny do termopar typu K, ale bardziej odporny na utlenianie i bardziej stabilne w górnym zakresie pomiarowym.
- Typ T– odpowiedni dla temperatur od –200°C do 350°C.
Termopary rodzaju J, K, N, E i T stanowią ogromną większość wśród stosowanych w procesach, a zakres ich zastosowań rozciąga się od –200°C do 1250°C. Są jednak aplikacje gdy te typy nie dają sobie rady i trzeba stosować termoelementy ze stopów metali szlachetnych. „Termopary szlachetne” typy R, S i B są zbudowane z platyny i rodu.
- Typ S– standard przemysłowy dla wysokich temperatur do 1600°C, podobne do typu R, stosowane również jako czujniki wzorcowe.
- Typ R – dla wysokich temperatur (do 1600°C). Mają skłonność do zanieczyszczania się, gdy kontaktują się z innymi metalami. Stabilne w atmosferze utleniającej, ale ulegają degradacji w próżni lub atmosferze rozrzedzonej.
- Typ B – podobne do typów R i S, ale użyteczne w zakresie od 600°C do 1700°C.
Gdy mamy do czynienia z temperaturami powyżej 1700°C do około 2300°C stosuje się termopary wolfanowo-renowe:
- Typ C W5Re-W26Re,
- Typ G W-W26Re,
- Typ D W3Re-W25Re,
które jednak są bardzo rzadko stosowane z uwagi na swoją kruchość i wymóg stosowania w atmosferze obojętnej (szybkie utlenianie). Tabela zastosowania różnych typów termoelementów:
Termopara a czujnik temperatury
Termoparami zwykło się nazywać czujniki temperatury . Faktycznie jednak termoelement, choć jest najważniejszą, to jednak jest tylko częścią całej konstrukcji czujnika. Typowy czujnik termoparowy składa się bowiem jeszcze z :
- osłony– tuba metalowa lub wykonana z innego materiału, zwykle zamknięta z jednego końca. Osłona chroni element termopary przed wpływami czynników środowiskowych;
- bloku wyprowadzeń– zbiór złączy (opcjonalny) ułatwiający podłączanie termopary do urządzenia pomiarowego lub przedłużaczy. Fizyczny projekt wyprowadzeń powinien być taki, aby zabezpieczał przed odwrotnym podłączeniem;
- przedłużaczy termopary– drut przedłużający, wyprodukowany z takiego samego stopu metali jak termoelement (przewód termoparowy) lub z materiałów zastępczych (przewód kompensacyjny).
O typach czujników temperatury (płaszczowe, głowicowe itd.) będziemy jeszcze pisać na blogu.
