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:

Typ termoelementu	Klasa 1		Klasa 2		Klasa 3
	Zakres stosowania (°C)	Tolerancja (°C)	Zakres stosowania (°C)	Tolerancja(°C)	Zakres sto­so­wa­nia (°C)	Tolerancja (°C)
T Cu-CuNi	od -40 do +125 od+125 do +350	±0,5 od -40 ± 0,004/t/	do +133 ±1 od +133 do +350	od -67 ± 0,0075/t/	do +40 ±1 od -200 do -67	± 0,015/t/
E NiCr-CuNi	od -40 do +375 od +375 do +800	±1,5 od -40 ± ‘0,004/t/	do +333 ±2,5 od +333 do +900	od -167 ± 0,0075/t/	do +40 ±2,5 od -200 do -167	± 0,015/t/
J Fe-CuNi	od -40 do +375 od +375 do +750	±1,5 od -40 ± 0,004/t/	do +333 ±2,5 od +333 do +750	± 0,0075/t/
K NiCr-Ni	od -40 do +375 od +375 do +1000	±1,5 od -40 ± 0,004/t/	do +333 ±2,5 od +333 do +1200	od -167 ± 0,0075/t/	do +40 ±2, od -200 do -167	± 0,015/t/
N NiCrSi-NiSi	od -40 do +375 od +375 do +1000	±1,5 od -40 ± 0,004/t/	do +333 ±2,5 od +333 do +1200	± 0,0075/t/
R PtRh13-Pt	od 0 do +1000 od +1100	±1 od 0 ± (1+0,003	do +600 ± 1,5 od +600 do +1600	± 0,0025/t/
S PtRh10-Pt	do +1600	(/t/-1100))
B PtRh30-PtRh6		od +600	do +1700 od +800 do +1700	± 0,0025 /t/ ± 0,005/t/	od +600 do +800	±4

 

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.

 

Zobacz przykładowe termoparowe czujniki temperatury>>>

---

 

Autor:

Termopar-entuzjasta