Ce este un termocuplu
Un termocuplu măsoară temperatura generându-și propria tensiune. Două metale diferite îmbinate într-un punct produc o diferență mică de potențial când acea joncțiune se află la altă temperatură decât celălalt capăt al firelor, iar mărimea tensiunii urmează o curbă publicată pentru perechea de metale folosită. Senzorul nu are nevoie de nimic furnizat ca să funcționeze, iar aceasta este proprietatea care decide unde se folosesc termocuplurile: în capătul de sus al domeniului de temperatură, în cele mai mici puncte de măsurare și pe mașini unde o capsulă rezistivă nu ar supraviețui.
Tipurile literale sunt prescurtarea pentru acele perechi de metale. Tipul K este calul de povară de uz general pe domeniul moderat spre înalt, tipul J servește echipamente mai vechi, tipul T acoperă temperaturi joase și refrigerare, tipul E oferă sensibilitatea cea mai mare dintre perechile din metale de bază, tipul N a fost dezvoltat pentru o stabilitate mai bună la temperatură, iar tipurile R, S și B folosesc platină și rodiu pentru domeniile cele mai înalte și sarcinile cele mai pretențioase. Alegerea între ele este o alegere de domeniu, sensibilitate, atmosferă și cost, și fixează la ce trebuie setat instrumentul care recepționează.
Cumpărătorii ajung la un termocuplu în două situații care par diferite, dar sunt aceeași problemă. Prima este o temperatură peste ce supraviețuiește o capsulă rezistivă, de obicei peste 500°C și sigur peste 850°C. A doua este un punct de măsurare prea mic, prea rapid sau prea incomod pentru o sondă introdusă: un cilindru de mașină de injectat, o bandă de încălzire, o carcasă de lagăr, un canal de evacuare, o suprafață de sticlă sau de ceramică. În amândouă, factorul hotărâtor este de obicei mecanica, nu capsula.
Ce desparte un ansamblu termocuplu de altul este rar litera. Este forma joncțiunii, materialul și diametrul tecii, felul în care sonda este ținută pe proces și modul în care este tratată joncțiunea rece de la capătul din urmă. Aceste patru decizii stabilesc timpul de răspuns, durata de viață și eroarea efectivă de măsurare, și ele sunt cele care merită lămurite înainte de a discuta prețul.
Principiul de măsurare: un termocuplu
Efectul poartă numele lui Seebeck. Acolo unde două metale diferite se întâlnesc, o diferență de temperatură între acea joncțiune și celelalte capete ale firelor antrenează un curent mic, iar tensiunea rezultată este aproximativ proporțională cu diferența de temperatură pe un interval limitat. Nu este proporțională pe tot domeniul, motiv pentru care fiecare tip literal are propriul polinom și pentru care instrumentul trebuie să știe ce tip citește. Semnalul unui termocuplu este și mic: zeci de microvolți pe grad la tipurile obișnuite din metale de bază și doar câțiva microvolți pe grad la tipurile din platină.
Pentru că tensiunea este generată între joncțiunea de măsurare și bornele în care sosesc firele, temperatura acelor borne face parte din măsurare. Remediul este compensarea joncțiunii reci: instrumentul își măsoară propria temperatură la borne și adaugă înapoi tensiunea corespunzătoare, astfel încât citirea să reflecte doar joncțiunea de măsurare. Compensarea nu este opțională și nu este o rafinare. Fără ea, un termocuplu raportează diferența dintre două temperaturi, iar doar una dintre ele este cea dorită.
Același principiu constrânge cablarea. Fiecare loc unde firul de termocuplu întâlnește cupru este el însuși o joncțiune de termocuplu, așa că circuitul trebuie alcătuit din fir de termocuplu de același tip și, acolo unde este prelungit, cu cablu de compensare sau de extensie de același tip și cu conectori din aceleași aliaje. O bornă de cupru între sondă și instrument nu întrerupe măsurarea, ci inserează două joncțiuni în plus ale căror temperaturi sunt necunoscute, iar eroarea pe care o introduc este fixă și ușor de confundat cu o derivă a senzorului.
Din aceasta decurg două consecințe pentru joncțiune. O joncțiune legată la masă sudează punctul de măsurare de teacă, ceea ce dă un răspuns rapid, pentru că și căldura, și curentul trec ușor, dar leagă și circuitul de măsurare de tot ce atinge teaca; pe metal împământat acel drum poate fi o sursă de zgomot sau de curent circulant. O joncțiune izolată separă punctul de măsurare în interiorul tecii, ceea ce izolează circuitul cu prețul timpului de răspuns. O joncțiune expusă este și mai rapidă și se folosește acolo unde mediul nu este coroziv și nu trebuie ținut afară.
Opțiuni de configurare
Cea mai mare parte a specificației este fixată de aceste decizii, nu de clasa de precizie. Fiecare o constrânge pe următoarea, de aceea se stabilesc în ordine.
| Decizie | Opțiuni de stabilit | Ce decide de fapt |
| Tipul de calibrare | K, J, T, E, N, R, S sau B, și cablul de extensie corespunzător | Domeniul utilizabil, sensibilitatea în microvolți pe grad, atmosfera pe care o tolera perechea și la ce trebuie setat instrumentul care recepționează. Este singura decizie care invalidează citirea de la sine dacă este greșită. |
| Forma joncțiunii | Legată la masă, izolată sau expusă; iar joncțiunea poate fi sudată sau parte a unui contact cu arc | Timpul de răspuns, izolarea electrică dintre circuitul de măsurare și mașină și cât de multă protecție are joncțiunea față de mediu. |
| Teaca și diametrul | Oțel inoxidabil, Inconel, ceramică sau cablu mineral izolat cu împletitură, în diametre de la sub un milimetru la câțiva milimetri | Cât de repede răspunde ansamblul și ce supraviețuiește. O teacă grea dintr-un aliaj rezistent la coroziune ține mult, și răspunde ca teaca, nu ca joncțiunea din interiorul ei. |
| Felul în care este ținută sonda | Clemă cu arc, cap filetat, racord prin strângere, pastilă sudată sau vârf gol pe o suprafață | Presiunea de contact și adâncimea de scufundare, care împreună decid dacă joncțiunea vede temperatura procesului sau temperatura suportului care o ține. |
| Tratarea joncțiunii reci | O cutie de borne la sondă, un transmițător montat la sondă sau cablu de compensare tras până la instrument | Unde se face compensarea și cât costă traseul. Transmiterea la sondă transformă tensiunea mică într-un semnal de buclă înainte ca ea să poată culege interferențe. |
| Numărul de puncte de măsurare | O sondă pe canal sau o placă de intrare cu multiplexare | Dacă fiecare punct are nevoie de propriul canal de instrument și de propria compensare, ceea ce pe o mașină cu multe puncte este adesea partea mai mare a costului. |
Cum se alege un termocuplu
| Criteriu | Cum îl stabiliți | De ce decide răspunsul |
| Capătul de sus al domeniului de temperatură | Luați temperatura normală de lucru și adăugați depășirea pe care procesul o produce efectiv, nu depășirea pe care ar trebui să o producă bucla de reglaj. | Tipul literal și materialul tecii decurg amândouă din ea. O pereche din metale de bază aleasă pentru economie încetează să mai fie răspunsul corect cu mult sub domeniul tipărit pentru ea, odată ce atmosfera este luată în calcul. |
| Atmosfera | Precizați în ce se află sonda: aer, gaze de ardere, metal topit, vid, mediu reducător sau oxidant, ori o suprafață fierbinte în aer liniștit. | Tipul K este predispus la derivă într-o atmosferă reducătoare și la efectul de ordonare pe rază scurtă în jurul a 250 până la 550°C; tipul N a fost dezvoltat în parte ca răspuns la asta. Tipurile din platină sunt răspunsul la temperatură înaltă, dar nu sunt imune la contaminare. |
| Timpul de răspuns cerut | Decideți dacă citirea trebuie să urmărească un proces care se schimbă sau este mereu o valoare de regim staționar. | O teacă fină, o joncțiune legată la masă sau expusă și o masă mică la vârf scurtează toate răspunsul, iar fiecare schimbă protecție sau izolare pe viteză. Un ansamblu lent care citește un proces oscilant raportează o medie pe care nimeni nu a cerut-o. |
| Mediul electric | Spuneți dacă sonda este fixată pe metal împământat și dacă în apropiere există variatoare de frecvență sau radiatoare electrice. | Semnalul de microvolți culege interferențe de care o buclă de 4-20 mA scapă. Cablul ecranat sau cu împletitură și o joncțiune izolată sunt răspunsurile obișnuite, iar transmiterea la sondă este cel mai complet. |
| Distanța până la instrument | Măsurați traseul, apoi decideți unde trebuie să fie joncțiunea rece. | Cablul de compensare este mai scump decât cuprul și are propria toleranță, așa că un traseu lung este de obicei mai bine servit de un transmițător la sondă decât de un lead de compensare lung până în sala de comandă. |
| Dacă citirea trebuie să fie verificabilă | Întrebați dacă valoarea va fi tipărită, auditată sau folosită la eliberarea unui lot. | Un termocuplu gol nu poartă nicio etalonare trasabilă dacă nu este livrată una cu el. Acolo unde cifra trebuie susținută, ansamblul are nevoie de o toleranță documentată și de o cale de reverificare. |
Cele mai apropiate alternative
Acestea sunt tipurile la care se ajunge de obicei cu o solicitare pentru un termocuplu și punctul în care alegerea se decide cu adevărat.
| Cea mai apropiată alternativă | Ce îl deosebește de un termocuplu |
| Termocupluri tip K | Un singur tip literal, nu familia întreagă. Merită ales acolo unde perechea de uz general acoperă domeniul și atmosfera, și merită evitat acolo unde procesul stă în domeniul de ordonare sau lucrează reducător. |
| Senzori de temperatură RTD | Măsoară rezistență în loc să genereze o tensiune, așa că are nevoie de un curent de excitație și dă un semnal mai lent, mai mare și mai coerent. Acolo unde temperatura este în domeniul unei capsule de platină și citirea trebuie să fie de acord între instrumente, RTD-ul este instrumentul mai bun, iar termocuplul nu este un echivalent. |
| Detectoare de temperatură rezistive | Capsula rezistivă golă sau componenta de detecție, livrată ca piesă cu terminale, nu ca ansamblu montat cu racord de proces. Se aleg acolo unde carcasa și racordul sunt ale cumpărătorului. |
| Transmițătoare de temperatură | Nu măsoară nimic prin ele însele. Citesc termocuplul și convertesc tensiunea mică într-un semnal de buclă înainte ca ea să călătorească, ceea ce este felul obișnuit de a racorda un termocuplu când instrumentul este la mai mult de câțiva metri. |
| Termometre cu infraroșu | Citesc o suprafață fără contact, așa că pot măsura o țintă în mișcare sau inaccesibilă pe care nicio sondă nu ar putea-o atinge. Măsoară o suprafață, nu masa, iar emisivitatea trebuie cunoscută, deci completează un termocuplu, nu îl înlocuiește. |
| Regulatoare de temperatură | Preiau semnalul termocuplului și comandă un radiator sau un răcitor către un punct de reglaj. Sunt instrumentul la care sonda este racordată pe o mașină și sunt partea care trebuie setată pe același tip literal. |
Tipul literal este ce numește o cerere prima dată și ce decide cel mai puțin. Forma joncțiunii, teaca și felul în care este ținută sonda decid dacă măsurarea funcționează.
Ce să includeți în solicitare
Primul răspuns poate fi o ofertă, nu un set de întrebări, dacă solicitarea conține aceste elemente. Acolo unde o cifră nu este cunoscută, trimiteți descrierea destinației de măsurare și vom confirma ce presupune ea.
- Tipul de calibrare cerut sau, dacă tipul este deschis, domeniul de temperatură și atmosfera
- Temperatura normală de lucru și cea mai înaltă escapadă pe care o atinge
- Atmosfera sau mediul pe care îl vede sonda și dacă este coroziv sau reducător
- Felul în care este ținută sonda: clemă cu arc, filet, racord prin strângere sau contact de suprafață
- Diametrul, lungimea și adâncimea de introducere a sondei, și spațiul disponibil în punctul de măsurare
- Forma joncțiunii, legată la masă sau izolată, cu un motiv dacă se cere una anume
- Lungimea cablului sau a prelungirii și tipul de cablu deja folosit
- Cât de departe este instrumentul și dacă este nevoie de un transmițător sau de o cutie de borne
- Timpul de răspuns de care are nevoie aplicația
- Cantitate, port de destinație și termenul de livrare cerut