Каждый случай применения термопар требует выбора формы, размера и материала в соответствии с технологическим процессом. В данной статье мы рассмотрим именно эти аспекты выбора термопар. Вопросы температуры, окружающей среды, сплавов термопар и конструкционных материалов смотрите в других наших статьях.
Рассмотрим варианты термопар в порядке возрастания размера и массы с соответствующим увеличением надежности и времени отклика.
Первый пример: соединение двух оголенных проводов термопары. Провода могут быть тонкими, как волос, диаметром 0,0025 см, а соединение должно быть наименьшим возможным сварным швом. Масса провода длиной 10 см будет около 0,4 мг. Постоянная времени отклика может составлять около 3 мс — меньше в быстро движущемся потоке жидкости или газа. Вы можете использовать термопарные провода в очень быстром цикле управления.
v=V(1-e-t/τ)
Что такое постоянная времени? В ответ на внезапное изменение температуры выходное напряжение (v) термопары поднимается по экспоненциальной кривой.
Это сравнимо с зарядом конденсатора, заряжаемого через резистор. Греческая буква тау обычно используется для обозначения постоянной времени. Его единицы - секунды. Он представляет собой количество секунд, в течение которых выходной сигнал в милливольтах (v) достигает 63 процентов от конечного установившегося значения V. Требуется шесть постоянных времени (рис. 1), чтобы достичь отклонения в пределах 0,25 процента от окончательного установившегося значения. Наиболее тяжелая термопара печи может весить более 2 кг и иметь постоянную времени от 1 до 5 минут. Вот два примера физических опор для пары сверхтонких проводов:
Варианты физических опор для термопар: металлическая трубка и керамический стержень
Вы могли бы использовать любой из этих типов термопар в неагрессивном пространстве — в воздухе или в жидкости — и получили бы быстродействующую термопару, которая работала бы еще быстрее в быстротекущей среде. Трубку, заполненную MgO, можно закрыть, а соединение приварить к внутренней части наконечника.
Если существует угроза повреждения, открытые соединения могут быть защищены с минимальным влиянием на время отклика. Для дополнительной защиты от повреждений, окисления и коррозии, вот еще примеры конструкции термопар:
Металлическая уплотненная MgO конструкция очень прочная, легко гнется и хорошо защищает от агрессивных сред. Оксид магния обычно называют «минеральной изоляцией» или MgO, но он также привлек обычную сбивающую с толку кучу торговых названий. Существует широкий выбор размеров и марок металлической оболочки для различных температур и сред. Доступны диаметры оболочки до 0,25 мм, что обеспечивает очень быстрый отклик. Одним из примеров конструкций выступает игольчатая термопара ТЭИ-01 и ТЭИ-02, которая представляет собой игольчатый зонд. Он часто используется для проникновения в среду для быстрой индикации внутренней температуры в пищевой промышленности.
Соединение оголенного провода на клейкой пластиковой подложке — еще одна простая схема для быстрого измерения температуры поверхности в фиксированном месте. На металлической подложке это называется поверхностной плоской термопарой. Еще два способа крепления – с помощью трубного хомута, так называемые кольцевые хомутовые термопары, или путем прикручивания к концу специальной шайбообразной конструкции.
От конструкции с металлической оболочкой, используемой в машинах для пластмасс, мы переходим к области, где надежность и долговечность в агрессивных средах и высоких температурах важнее, чем скорость отклика.
Тип исполнения цилиндрических термопар с защитными гильзами и соединительной головкой (ТЭЦ-68, ТЭЦ-69). Защитная гильза и соединительная головка защищают термопару от агрессивных сред и высоких температур, но большая масса приводит к более медленному тепловому отклику.
В тяжелых промышленных печах, обжиговых печах и горнах часто используется конструкция с проводами из недрагоценных металлов до 8 AWG [3,26 мм] из оксида алюминия с двумя отверстиями, вставленными в закрытую керамическую оболочку. Толстые провода необходимы для длительного срока службы, а закрытая оболочка защищает их от печной атмосферы. К счастью, очень дорогие проволоки из благородных металлов умудряются выжить, не будучи настолько толстыми. На некоторых печах используется защитная закрытая трубка из тугоплавкого металла. Прочная чугунная или алюминиевая головка удерживает керамический соединительный блок. Вся сборка, в зависимости от длины зонда, может весить около 2,3 кг. Защитная гильза представляет собой прочную трубку с закрытым концом, которая ввинчивается или приваривается к сосуду или трубе. Вставленная внутрь термопара определяет содержимое; затем его можно обслуживать или заменять без слива процесса. Узлы защитных гильз увеличивают нормальное запаздывание датчика. Несмотря на все предостережения по поводу срабатывания регулятора, медленный характер большинства промышленных тепловых процессов работает в вашу пользу. Для измерений на чистой или достаточно проводящей металлической поверхности можно использовать литейный зонд. Это подпружиненная пара острых шипов из разных термопарных материалов, например, один из хромеля, другой из алюмеля. Они подключаются соответствующим удлинительным кабелем термопары к вашему прибору. Металл, который они проталкивают, завершает горячий спай, но этот промежуточный металл не создает термоэлектрических помех или ошибок при измерении температуры. Этот датчик обычно используется для точечных измерений заготовок и отливок, а не для контроля.
На сайте компании Термоэлемент вы можете купить термопары различных исполнений: игольчатые, цилиндрические, кольцевые, плоские.
Возврат к списку
