Objašnjene vrste termoparova: tip K, J, T, E, N, R, S i kako odabrati pravi

A termopar je najčešće korišten senzor temperature u upravljanju industrijskim procesima, sustavima električnog grijanja i proizvodnoj opremi. Njegov princip rada je jednostavan: dvije različite metalne žice spojene na jednom kraju (mjerni spoj) generiraju mali napon proporcionalan temperaturnoj razlici između mjernog spoja i referentnog kraja (hladni spoj). Taj termoelektrični napon — Seebeckov efekt — mjeri povezani instrument, koji očitani napon pretvara u vrijednost temperature na temelju standardizirane kalibracijske krivulje termoelementa za taj tip termoelementa.

Kritična praktična točka za inženjere, dizajnere opreme i timove za nabavu je da "termoelement" nije jedan proizvod — to je obitelj standardiziranih tipova senzora, od kojih je svaki definiran određenim parom žica od legure i svaki s različitim temperaturnim rasponom, izlaznom osjetljivošću, kemijskom kompatibilnošću i profilom točnosti. Specificiranje termoelementa za primjenu industrijskog grijanja znači odabir ispravnog tipa za temperaturni raspon, procesno okruženje i zahtjeve točnosti — odabir pogrešnog tipa proizvodi netočna očitanja temperature ili rani kvar senzora, što oboje smanjuje kvalitetu procesa i povećava troškove održavanja.

Ovaj vodič objašnjava glavne standardizirane tipove termoelementa, uspoređuje njihove ključne parametre izvedbe i pruža praktičan okvir za usklađivanje tipa termoelementa sa zahtjevima aplikacije.

Kako su tipovi termoparova standardizirani

Vrste termoparova standardizirane su na međunarodnoj razini — standard IEC 60584 definira referentne tablice (odnosi EMF-a i temperature) za glavne tipove termoparova označenih slovima koji se koriste globalno. ANSI/ASTM E230 je ekvivalentna američka norma, a DIN EN 60584 je europska usklađena norma. Svaki tip termoelementa označen je jednim velikim slovom (K, J, T, E, N, R, S, B, C) koje identificira određeni par legura koji se koristi za njegova dva vodiča. Budući da su slovne oznake i referentne tablice međunarodno standardizirane, termopar tipa K jednog proizvođača i termopar tipa K drugog proizvođača međusobno su zamjenjivi u istom temperaturnom instrumentu — sve dok su oba proizvedena prema standardnoj kalibracijskoj tablici.

Unutar svakog tipa termoelementa, tolerancije točnosti definirane su u dvije ili tri klase (klasa 1, klasa 2, klasa 3 prema IEC 60584-2), gdje je klasa 1 najniža tolerancija, a klasa 3 se odnosi na niže temperaturne raspone. Odabrana klasa treba odgovarati zahtjevima točnosti procesa — navođenje klase 1 gdje je klasa 2 odgovarajuća povećava nepotrebne troškove; korištenje klase 2 u preciznom procesu gdje je potrebna klasa 1 proizvodi netočnu kontrolu temperature.

Glavni tipovi termoparova: svojstva i primjena

Vrsta K (kromel/alumel)

Tip K je najčešće korišteni tip termoelementa na globalnoj razini — njegova kombinacija širokog temperaturnog raspona, odgovarajuće točnosti, dobre otpornosti na oksidaciju i niske cijene čini ga zadanom specifikacijom za većinu industrijskih aplikacija za mjerenje temperature gdje nije potrebno posebno svojstvo druge vrste.

Raspon temperature: –200°C do 1.260°C (kontinuirano korištenje do 1.100°C preporučuje se za žice debljine koje se obično koriste u industrijskim termoparovima). Izlazna osjetljivost približno 41 µV/°C na 500°C.

Legure žice: Pozitivni vodič — krom (približno 90% nikla, 10% kroma); Negativni vodič — Alumel (približno 95% nikla, 2% mangana, 2% aluminija, 1% silicija).

Snage: Širok raspon temperature; dobra otpornost na oksidirajuću atmosferu; stabilna kalibracija tijekom dugih razdoblja rada u čistim okruženjima; dobra linearnost u većem dijelu svog raspona; najniža cijena uobičajenih tipova; najveća dostupnost kompatibilnih instrumenata, konektora i produžnih žica.

Ograničenja: Podložan koroziji "zelene truleži" u atmosferama s niskim sadržajem kisika i sumporom — krom u pozitivnom vodiču selektivno oksidira u tim uvjetima, uzrokujući kalibracijski pomak. Nije prikladno za upotrebu u redukcijskim, sumpornim ili vakuumskim okruženjima bez zaštite. Pokazuje histerezu u rasponu od 300–600°C (manji ciklički učinak kalibracije).

Najbolje za: Mjerenje temperature općeg industrijskog procesa; nadzor površine električnog grijaćeg elementa i procesne temperature; kontrola temperature peći i peći; obrada plastike (brizganje, ekstruzija) temperatura bačve i vrućeg kanala; oprema za preradu i sušenje hrane; HVAC i klima sustavi; bilo koja standardna industrijska primjena gdje specifični zahtjev svojstva ne zahtijeva drugu vrstu.

Vrsta J (željezo/konstantan)

Tip J bio je jedan od najranijih standardiziranih tipova termoparova i ostaje u širokoj upotrebi, osobito u postojećoj industrijskoj opremi gdje je to bila izvorna specifikacija, a zamjena održava kompatibilnost kalibracije.

Raspon temperature: –40°C do 750°C (ograničeno gornje područje u usporedbi s tipom K; iznad 760°C, željezni vodič brzo oksidira). Izlazna osjetljivost približno 55 µV/°C na 300°C — malo veća osjetljivost od tipa K u njegovom radnom rasponu.

Legure žice: Pozitivni vodič — željezo; Negativni vodič — Constantan (legura bakra i nikla, približno 55% bakra, 45% nikla).

Snage: Veća izlazna osjetljivost od tipa K u rasponu niske do srednje temperature; prikladno za upotrebu u redukcijskim ili vakuumskim atmosferama (gdje je kromirani vodič tipa K problematičan); široko podržan naslijeđenim industrijskim instrumentima; niža cijena od vrsta plemenitih metala.

Ograničenja: Željezni vodič hrđa u vlažnom okruženju — nije prikladan za nezaštićenu upotrebu u vlažnim ili mokrim uvjetima bez zaštitnog omotača od nehrđajućeg čelika; brzo oksidira iznad 760°C; kraći vijek trajanja od tipa K u oksidirajućim okruženjima pri umjerenim temperaturama zbog oksidacije željeza; postupno zamijenjen tipom N u novim primjenama.

Najbolje za: Nisko do srednje temperaturni industrijski procesi; primjene redukcijske ili vakuumske atmosfere; zamjena postojeće opreme koja je izvorno specificirana s tipom J; oprema za brizganje plastike (povijesna specifikacija); peći za toplinsku obradu i žarenje koje rade ispod 750°C.

Tip T (bakar/konstantan)

Tip T posebno je prikladan za niska i kriogena mjerenja temperature — njegova kombinacija legure bakra i Constantana radi pouzdano na temperaturama do –270°C (kriogeno), dok je također prikladna za upotrebu do 350°C u standardnim industrijskim primjenama.

Raspon temperature: –270°C do 400°C. Izlazna osjetljivost približno 46 µV/°C na 100°C.

Legure žice: Pozitivni vodič — bakar; Negativni vodič — Constantan.

Snage: Izvrsna točnost i stabilnost na niskim temperaturama; pogodan za kriogene primjene; otporan na vlagu i blagu koroziju; dobra stabilnost u oksidacijskim i redukcijskim atmosferama; najveća točnost tipova termoparova od neplemenitih metala u rasponu od –200°C do 350°C.

Ograničenja: Gornja granica temperature od 400°C ograničava upotrebu na niske temperature; bakreni vodič ima visoku toplinsku vodljivost, što može uzrokovati pogreške u provođenju u primjenama sa strmim temperaturnim gradijentima.

Najbolje za: Kriogeno i niskotemperaturno mjerenje; nadzor temperature hlađenja hrane i zamrzivača; praćenje farmaceutskog hladnog lanca; laboratorijske i znanstvene primjene koje zahtijevaju preciznost pri niskim temperaturama; mjerenje temperature otporno na vlagu u HVAC i sustavima automatizacije zgrada.

Vrsta E (kromel/konstantan)

Tip E ima najveću izlaznu osjetljivost (EMF po stupnju) od svih uobičajenih standardiziranih tipova termoparova — približno 68 µV/°C na 300°C — što ga čini najboljim izborom za primjene gdje je potrebna maksimalna snaga signala kako bi se minimizirali zahtjevi za osjetljivošću instrumenta ili gdje se male temperaturne razlike moraju točno riješiti.

Raspon temperature: –200°C do 900°C. Nemagnetski (oba vodiča su nemagnetske legure).

Legure žice: Pozitivni vodič — Chromel; Negativni vodič — Constantan.

Snage: Najveća osjetljivost standardnih tipova neplemenitih metala; nemagnetska konstrukcija važna je u primjenama u blizini jakih magnetskih polja; dobra otpornost na oksidaciju; stabilna kalibracija.

Ograničenja: Nije prikladno za redukcijske ili vakuumske atmosfere (kromelni vodič); manje dostupan od tipa K ili J na nekim tržištima; neznatno viši trošak od tipa K.

Najbolje za: Prijave koje zahtijevaju maksimalnu osjetljivost pri niskim temperaturnim razlikama; okruženja magnetskog polja u kojima tipovi željeznih vodiča nisu prikladni; mjerenje temperature ispod nule s visokom osjetljivošću.

Vrsta N (Nicrosil / Nisil)

Tip N razvijen je kao stabilnija alternativa tipu K, rješavajući neka od poznatih ograničenja stabilnosti kalibracije tipa K na povišenim temperaturama. Koristi legure posebno formulirane za minimiziranje mehanizama pomaka kalibracije (poredak kratkog dometa, selektivna oksidacija) koji utječu na tip K iznad 300°C.

Raspon temperature: –200°C do 1300°C. Izlazna osjetljivost približno 39 µV/°C na 600°C.

Snage: Bolja dugoročna stabilnost kalibracije od tipa K na temperaturama iznad 300°C; bolja otpornost na visokotemperaturnu oksidaciju od tipa K; otporniji na histerezu u rasponu od 300-600°C.

Najbolje za: Visokotemperaturni industrijski procesi gdje je dugoročna stabilnost kalibracije kritična; zamjena tipa K u primjenama gdje je pomicanje stalni problem održavanja; peći i peći koje rade u rasponu od 600–1200°C.

Vrsta R i vrsta S (platina-rodij/platina)

Tipovi R i S su termoparovi od plemenitih metala — oba koriste legure na bazi platine (Tip R: 13% rodij/platina pozitivan; tip S: 10% rodij/platina pozitivan; oba koriste čisti platinski negativni vodič). Njihova konstrukcija od plemenitog metala daje im karakteristike stabilnosti i točnosti s kojima se tipovi običnih metala ne mogu mjeriti, uz znatno veću cijenu.

Raspon temperature: 0°C do 1600°C (Tip R i S). Tip B (30% Rh/Pt / 6% Rh/Pt) proteže se do 1700°C.

Snage: Visokotemperaturna sposobnost do 1600°C; izvrsna stabilnost kalibracije na povišenim temperaturama; visoka točnost (tolerancija klase 1 ±1°C ili 0,25%); pogodan za uporabu u oksidirajućim i inertnim atmosferama; međunarodna temperaturna ljestvica ITS-90 koristi tip S kao jedan od svojih instrumenata za definiranje interpolacije između 630,74°C i 1064,43°C.

Ograničenja: Vrlo visoka cijena (trošak legure platine i rodija); niska izlazna osjetljivost (približno 10 µV/°C na 1000°C — zahtijeva osjetljive instrumente); osjetljivi na kontaminaciju redukcijskim plinovima i metalnim parama (moraju biti zaštićeni keramičkim ili platinastim omotačima u većini industrijskih okruženja); lomljivo — ne može se koristiti nezaštićeno u uvjetima mehaničkih udara ili vibracija.

Najbolje za: Peći za proizvodnju stakla; keramičke peći; obrada plemenitih metala; laboratorijski kalibracijski standardi; bilo koji visokotemperaturni proces iznad mogućnosti tipova običnih metala gdje točnost mjerenja opravdava premiju troškova.

Tablica usporedbe tipova termoelemenata

Konstrukcija termoelementa: gola žica, mineralno izolirani i sklopljeni tipovi

Osim vrste legure, fizička konstrukcija sklopa termoelementa određuje njegovu brzinu odziva, mehaničku robusnost i prikladnost za različita okruženja ugradnje:

Termoparovi s golom žicom su najjednostavniji oblik — dvije žice termopara zavarene su na mjernom vrhu i rade nezaštićene ili s osnovnom keramičkom izolacijom. Imaju najbrži toplinski odziv (nemaju zaštitnu masu između vrha i mjerenog medija) i koriste se u primjenama gdje je brz odziv kritičan, a okolina ne zahtijeva mehaničku zaštitu — mjerenje temperature struje plina, istraživačke aplikacije i praćenje kratkotrajnih procesa.

Mineralno izolirani termoparovi s metalnim plaštom (MIMS). (također zvani MI termoparovi ili kabeli izolirani mineralima) sastoje se od žica termoparova upakiranih u mineralni prah magnezijevog oksida (MgO) unutar bešavnog metalnog omotača (nehrđajući čelik, Inconel ili druge legure). MgO izolacija osigurava električnu izolaciju između vodiča i plašta, dok metalni plašt pruža mehaničku zaštitu i kemijsku otpornost. MIMS termoparovi standardna su industrijska konstrukcija — robusni su, otporni na vibracije, dostupni u malim promjerima (1–12 mm OD) i mogu se savijati u složene instalacijske geometrije. Dostupan s uzemljenim mjernim spojem (zavaren na omotač za brži odziv), neuzemljenim (izoliran od omotača za električnu izolaciju) ili izloženim (strši izvan omotača za najbrži odgovor).

Termoparovi montirani na termoparove umetnuti u zasebno instaliranu zaštitnu komoru (cijev zatvorenog kraja pričvršćena u procesnu posudu ili cijev) umjesto da izravno kontaktirate izmjereni medij. Zaštitna komora štiti termoelement od erozije protoka, tlaka i kemijskog napada te omogućuje uklanjanje i zamjenu termoelementa bez prekidanja procesa. Nešto sporiji toplinski odziv od tipova s ​​izravnim uranjanjem, ali neophodan za aplikacije visokog tlaka i velike brzine.

Često postavljana pitanja

Mogu li zamijeniti termoelement tipa K s termoelementom tipa N bez promjene bilo čega?

Termoelement tipa K možete mehanički zamijeniti termoelementom tipa N — fizičke dimenzije termoelementa mogu biti identične. Međutim, kalibracijske tablice za vrstu K i vrstu N su različite (proizvode različite EMF vrijednosti na istoj temperaturi), što znači da se temperaturni instrument povezan s termoelementom mora rekonfigurirati za ulaz vrste N da bi se prikazala točna temperatura. Ako je instrument postavljen za tip K i spojen je termoelement tipa N, prikazana temperatura bit će pogrešna, obično će biti nekoliko stupnjeva niža od stvarne pri visokim temperaturama. Uvijek ponovno konfigurirajte instrument i produžnu žicu (potrebna je produžna žica tipa N za termoparove tipa N) kada mijenjate tip termopara.

Koja je razlika između žice termopara i produžne žice termopara?

Žica termoelementa je stvarna senzorska legura koja se koristi na mjernom vrhu — to mora biti ispravan par legura za naznačenu vrstu termopara (Chromel/Alumel za tip K, itd.) i mora se kontinuirano protezati od mjernog spoja do referentnog spoja (terminala instrumenta) bez uvođenja spoja različitog metala između. Produžna žica (također nazvana kompenzacijskim kabelom za tipove nižeg stupnja) koristi se za pokretanje signala termopara od glave termopara do instrumenta na velikim udaljenostima po nižoj cijeni — koristi legure odabrane tako da blisko odgovaraju termoelektričnim svojstvima originalnih legura termopara unutar raspona temperature okoline u kojoj se izvodi ožičenje (obično 0–200°C). Korištenje obične bakrene žice ili pogrešne vrste produžne žice između termoelementa i instrumenta dovodi do pogreške mjerenja na spojnoj točki i proizvodi netočna očitanja temperature.

Kako mogu znati kada treba zamijeniti termoelement?

Kvar i degradacija termoelementa imaju nekoliko prepoznatljivih pokazatelja: iznenadni prekid strujnog kruga (instrument prikazuje očitanje greške, obično maksimalnu ljestvicu ili kod greške — žica termopara je pukla na korodiranom ili mehanički opterećenom mjestu); postupni kalibracijski pomak (instrument očitava sve više drugačije od referentnog mjerenja — legure termoparova su promijenile sastav zbog oksidacije, onečišćenja ili rasta zrna na povišenoj temperaturi); isprekidana očitanja koja se nepravilno mijenjaju (djelomični prekid u žici termopara koji uspostavlja i prekida kontakt s kretanjem — uzrokuje skokove ili oscilacije očitanja instrumenta). Planirana zamjena na temelju preporučenog životnog vijeka proizvođača za instalacijsku temperaturu i okoliš, umjesto rada do kvara, sprječava neočekivani poremećaj kontrole procesa zbog kvara termoelementa tijekom proizvodnje.

Termoparovi tvrtke Xinghua Yading Electric Heating Element

Xinghua Yading Electric Heating Element Co., Ltd. , Xinghua, Jiangsu, proizvodi industrijske termoparove tipa K, tipa J, tipa T, tipa E, tipa N i vrste plemenitih metala, u mineralno izoliranim (MIMS) i sastavljenim konfiguracijama. Materijali omotača uključuju nehrđajući čelik 304/316, Inconel 600/601 i druge legure za primjenu u visokotemperaturnom i korozivnom okruženju. Dostupne su standardne i prilagođene konfiguracije vrhova, promjeri plašta od 1 mm do 12 mm i tipovi spojnih glava. Sklopovi termoparova za električne sustave grijanja, opremu za injekcijsko prešanje, industrijske peći i kontrolu temperature procesa. OEM proizvodnja za prilagođene specifikacije i konfiguracije specifične za primjenu.

Obratite nam se s rasponom temperature primjene, procesnom atmosferom, potrebnom klasom točnosti, materijalom plašta i mehaničkom konfiguracijom kako biste dobili preporuku i ponudu za specifikaciju termoelementa.

Srodni proizvodi: Termopar | Grijač patrone | Band Grijač | Hot Runner grijač | Potopni grijač