Senzor temperature termoelementa

Kako odabrati termoelement?

Termoparovi su vrlo popularni temperaturni senzori. Oni su jeftini, zamjenjivi, robusni i mogu mjeriti širok raspon temperatura. 

Sonde za mjerenje termoelementa u osnovi se sastoje od dva različita metala/legura. Prilikom spajanja će generirati slab signal ako postoji temperaturna razlika između vrućeg spoja (mjernog spoja) i hladnog spoja ili referentnog spoja. 

Signal ovisi samo o temperaturnoj razlici. I, kao takva, sonda termoelementa ne može se ispravno ispitati ako su oba spoja na istoj temperaturi. 

Iako se gotovo svaka vrsta metala može koristiti za izradu temperaturnog senzora, koriste se brojne standardne vrste jer imaju predvidljive izlazne napone i velike temperaturne gradijente.

Bitno je da ožičenje (hladni spoj) do mjerača bude od kompenzacijskog ili produžnog materijala iste klase kao i termoelement. Korištenje bakrenih žica ili drugih materijala uzrokovat će gubitak EMC-a i stoga pogrešku. 

Zakon o srednjim metalima ukazuje da treći metal, umetnut između dva različita metala spoja termoelementa, neće imati učinka pod uvjetom da su dva spoja na istoj temperaturi. 

Ovaj zakon je također važan u izgradnji čvorova. Prihvatljivo je napraviti spoj lemljenjem dva metala, jer lemljenje neće utjecati na očitavanje temperature. U praksi se spojevi termoelemenata izrađuju lemljenjem dva metala. To osigurava da učinak mjerenja temperature nije ograničen točkom taljenja lema.

Što je termoelement?

Senzori su dostupni kao "goli" termoelementi koji su jeftini i nude brz odziv. Integrirane su u temperaturne sonde ili mineralno izolirane metalne cijevi. 

Dostupan je širok izbor senzora, prikladnih za različite primjene mjerenja (industrijska, znanstvena, temperatura hrane, medicinska istraživanja, itd.). Prilikom odabira termoelementa potrebno je uzeti u obzir vrstu senzora, izolaciju i konstrukciju temperaturne sonde. Sve će to utjecati na mjerljivi temperaturni raspon, točnost mjerenja i pouzdanost očitanja temperature.

Termoelement tipa K (Chromel / Alumel)

Tip K je termoelement opće namjene. Jeftin je i, zbog svoje popularnosti, dostupan je u velikom broju sondi. 

Termoparovi su dostupni s temperaturnim rasponom od -200 do +1200 stupnjeva Celzija. 

Osjetljivost je oko 41uV / ° C. 

Upotrijebite tip K osim ako nemate opravdanog razloga da to ne učinite.

Materijal + Kromel / - Alumel

Boja + žuta / - crvena

Termoelement tipa J (željezo / konstantan)

Ograničeni raspon mjerenja (-40 do +750°C) čini ovu vrstu sonde manje popularnom od tipa K. 

Primarna primjena ove temperaturne sonde je kod starije opreme koja ne može prihvatiti "moderne" termoelemente. J vrste ne smiju se koristiti iznad 760°C, jer će nagla magnetska transformacija uzrokovati trajnu dekalibraciju.

Materijal + željezo / - Konstantan

Boja bijela / crvena

Termoelement tipa N (Nicrosil / Nisil)

Visoka stabilnost i otpornost na oksidaciju čine tip N pogodnim za mjerenja visokih temperatura bez troškova platinskih tipova (B, R, S). Dizajnirana kao poboljšana "K" sonda za mjerenje termoelementa, postaje sve popularnija.

Materijal + Nicrosil /

Boja Nila + narančasta / - crvena

Tipovi B, R i S su "plemeniti" metalni termoparovi i imaju slične karakteristike. 

Ovi mjerni instrumenti su najstabilniji od svih termoelemenata. Ali zbog svoje niske osjetljivosti (oko 10uV/0C), obično se koriste samo za mjerenja visokih temperatura (>600°C). Svi ovi senzori temperature plemenitih metala zahtijevaju keramičke zaštitne omote visoke čistoće za upotrebu u industrijskim primjenama.

Termoelement tipa B (platina / rodij)

Pogodno za mjerenja na visokim temperaturama do 1800 ° C.

Termopar tipa R (platina/rodij)

Ovaj senzor temperature termoelementa prikladan je za mjerenja visokih temperatura do 1600 ° C. Međutim, ima nisku osjetljivost (10uV/°C) i visoku cijenu.

Termoelement tipa S (platina / rodij)

Ova temperaturna sonda prikladna je za mjerenja visokih temperatura do 1600 ° C. Zbog svoje visoke stabilnosti, tip S se koristi kao standard za talište zlata (1064,43 °C).

Upute za korištenje

Mjere opreza i razmatranja za upotrebu termoparova

Većina problema i pogrešaka u mjerenju temperature posljedica je nerazumijevanja kako termoelementi rade. 

Ovi indikatori temperature mogu pretrpjeti starenje i točnost može varirati u skladu s tim, osobito nakon duljeg izlaganja temperaturama na krajnostima njihovog korisnog radnog raspona. Evo nekih od najčešćih problema koje treba razmotriti.

Problemi pri povezivanju mjernih uređaja s termoelementom

Mnoge mjerne pogreške uzrokovane su nenamjernim spojevima. Svako spajanje dva različita metala rezultiraće spajanjem. Ako trebate povećati duljinu kabela vašeg mjernog uređaja, morate koristiti tip produžnog kabela (npr. Tip K za termoelemente tipa K). 

Korištenje druge vrste žice predstavlja spoj senzora termoelementa. Korišteni konektori moraju biti izrađeni od ispravnog materijala i mora se pridržavati ispravnog polariteta. Svaki kratki spoj žica u zaglavlju terminala ili konektoru stvorit će još jedan spoj i instrument će očitati tu temperaturu, a ne temperaturu vrućeg spoja.

Otpor olova

Kako bi se poboljšalo vrijeme odziva, termoelementi su izrađeni od tanke žice (u slučaju platinastih tipova, trošak je također uzet u obzir). To može dovesti do visokog otpora mjernog sustava što ga može učiniti osjetljivim na buku, a također može uzrokovati pogreške zbog ulazne impedancije mjernog instrumenta. 

Tipični osjet temperature izloženog spoja s žicom 32AWG (promjer 0,25 mm) imat će otpor od približno 15 ohma/metar. Ako su potrebni termoelementi s tankim žicama ili dugi kabeli, vrijedi držati žice kratke, a zatim upotrijebiti produžnu žicu (koja je mnogo deblja, pa je manji otpor) koja prolazi između termoelementa i mjernog instrumenta.

Smetnje

Izlaz termoelementa je slab signal, pa je sklon električnim smetnjama. Ako se vaš senzor nalazi u bučnom okruženju (na primjer, u blizini elektromotora), preporuča se korištenje oklopljenog produžnog kabela. Ako se sumnja na senzor buke, isključite svu sumnjivu opremu i provjerite mijenja li se očitanje.

Na termoelementu nije moguća funkcija održavanja, ali preporučuju se planirane provjere umjeravanja.

• Termoparovi se pomjeraju u kalibraciji, ali brzina pomaka ovisi o vremenu i temperaturi.
• U poznatom izvoru temperature provjerite izlaz termoelementa sa stupnjevima termoelementa C iz tablice.
• Termoparovi ili njihovo ožičenje mogu se kratko spojiti ili otvoriti, uzrokujući signale greške. Drugi uvjet kvara za zapisivače podataka ili odašiljače je nizak otpor izolacije između vodiča i uzemljenja, što uzrokuje spoj termoelementa na masu.

Ako termoelement pokazuje bilo koji od 3 stanja kvara, morat će ga zamijeniti.

Više informacija o termoparovima u nastavku!