Термоперетворювачі ОВЕН

Термопара - два провідника із різнорідних матеріалів, що з'єднані на одному кінці і утворюють частину пристрою, який використовує термоелектричний ефект для вимірювання температури.

У міждержавному стандарті ГОСТ 6616-94 «Перетворювачі термоелектричні» визначені поняття термоелектричного перетворювача.

Термоелектричні перетворювачі (ТП) - пристрої з металевими термопарами в якості термочутливих елементів, призначені для вимірювання температури від -270 до + 2500°С.

У стандарті формалізовані вимоги щодо дванадцяти типів термоелектричних перетворювачів. Компанія ОВЕН виготовляє п'ять з них:

Тип термоперетворювача	Тип	Назва	Клас доступу	Діапазон вимірюваних температур (в залежності від конструктивного виконання)	Допустимі відхилення
ОВЕН ДТПК	ХА	Хромель-Алюмель	2	-40…333 °С 333…1200 °С	±2,5 °С ±0,0075 Т
			1	-40…375 °С 375…1200 °С	±1,5 °С ±0,004 Т
ОВЕН ДТПN	НН	Ніхросил-Нісил	2	-40…333 °С 333…1300 °С	±2,5 °С ±0,0075 Т
			1	-40…375 °С 375…1300 °С	±1,5 °С ±0,004 Т
ОВЕН ДТПL	ХК	Хромель-Копель	2	-40…360 °С 360…600 °С	±2,5 °С ±(0,7 °С+0,005Т)
ОВЕН ДТПJ	ЖК	Залізо-Константан	1	-40…375 °С 375…750 °С	±1,5 °С ±0,004 Т
ОВЕН ДТПS	ТПП	Платина-Платинародій	2	0…1300 °С	±(1,5°С+0,0025T)

Т - температура вимірюваного середовища,°С.

Перетворювачі термоелектричні. Опис типів

В Україні найбільш поширеними типами термоелектричних перетворювачів є хромель-копель (тип L) та хромель-алюмель (тип К).

 

Перетворювач термоелектричний хромель-копель

Перетворювач термоелектричний хромель-копель ТХК (тип L) має найбільшу диференціальну чутливість з усіх промислових ТП, застосовується для точних вимірювань температури, а також для вимірювань малих температурних різниць. Термопарам такого типу властива виключно висока термоелектрична стабільність під час нагріву до 600°С (моделі ДТПL015, ДТПL025, ДТПL035, ДТПL045, ДТПL105 та ін.), обумовлена тим, що зміни термо-е.р.с. хромелевого і копелевого термоелектродів спрямовані в один бік і компенсують одна одну.

Технічний ресурс термопар може становити кілька десятків тисяч годин. Наприклад, у термопар з діаметрами термоелектродів від 0,5 до 3,2 мм під час їх витримки протягом 10 000 годин при 400-600°С максимальні зміни градуювання склали 0,5-1°С.

До недоліків ТХК можна віднести відносно високу чутливість до деформації.

 

Перетворювач термоелектричний хромель-алюмель

Перетворювач термоелектричний хромель-алюмелевий ТХА (тип К) є найпоширенішим термоперетворювачем в промисловості та наукових дослідженнях. ТП (моделі ДТПК125, ДТПК135, ДТПК145, ДТПК155, ДТПК165) призначений для вимірювання температури до 1100°С (довгостроково) та 1200°С (короткочасно) в окислювальних та інертних середовищах. Термоперетворювач широко використовується у всіх галузях промисловості у печах, нагрівальних пристроях, енергосиловому обладнанні. Номінальна статична характеристика ТХА близька до лінійної, диференціальна термо-е.р.с. становить близько 40 мкВ/°С у всьому діапазоні вимірюваних температур.

Головна перевага ТХА порівняно з іншими термопарами із неблагородних металів полягає в значно більшій стійкості до окислення при високих температурах. Технічний ресурс термопар за температури менше 850°С (моделі ДТПК015, ДТПК025, ДТПК35, ДТПК045, ДТПК105 і т.д.) обмежується лише дрейфом термо-е.р.с., тому що жаростійкість хромелю і алюмелю дозволяє використовувати їх за цих температур десятки тисяч годин.

До недоліків ТХА належать притаманні їй два види нестабільності термо-е.р.с .: оборотна циклічна нестабільність і необоротна нестабільність, яка поступово накопичується з часом. Тобто застосовувати один перетворювач ТХА у всьому діапазоні вимірюваних температур недоцільно, тому що це погіршує точність вимірювань. Термопарою, яку використовують для точного вимірювання температур до 500°С, не слід вимірювати більш високі температури і, навпаки – термопарою, що використовувалася за температур вище 900°С, недоцільно вимірювати температури 300-600°С.

 

Перетворювач термоелектричний ніхросил-нісил

Перетворювач термоелектричний ніхросил-нісил ТНН (тип N) розроблений у лабораторії матеріалознавства міністерства оборони Австралії в 60-х роках. Схожа термопара сільх-сілін була розроблена в СРСР, але вона так і не отримала широкого застосування. Матеріали термоелектродів ніхросил і нісил демонструють істотно кращу стабільність термо-е.р.с. у порівнянні зі сплавом ХА. За рахунок збільшення концентрації хрому та кремнію у нікелі, а також введення в нісил магнію, процес окислення матеріалу термоелектродів переведений із внутрішнього міжкристалічного в поверхневий. Захисна плівка оксидів, що утворюється на термоелектродах, пригнічує подальше окислення. Збільшення вмісту хрому в ніхросилі до 14.2% фактично усунуло оборотну нестабільність, характерну для хромелю.

Термопари ТНН з діаметром термоелектродів не менше 2.5 мм і за температури до 1200°С (моделі ДТПN125, ДТПN135, ДТПN145, ДТПN155, ДТПN165) більш стабільні, ніж ТХА. Водночас вони дешевше, ніж темопопари ТПП. Також нові термопарні сплави ТНН показали високу радіаційну стійкість.

До недоліків слід віднести вищу ніж у ТХА вартість, погану корозійну стійкість залізного електрода і високу чутливість до деформації. Перетворювачі термоелектричні такого типу широко використовуються на заході, але у нашій країні не знайшли широкого застосування, мабуть, через відсутність виробництва високочистого термозаліза.

 

Перетворювач термоелектричний платинородій-платиновий

Платинородій-платинові термоперетворювачі (ТПП) використовують у металургійному виробництві та під час термообробки у діапазоні температур 1000-1200°С (ДТПS021). Термопари ТПП використовуються також у якості еталонних засобів вимірювання. За сукупністю властивостей платина і платинародієві сплави є унікальними матеріалами для термопар.

Їх основна властивість - гарний опір газовій корозії, особливо на повітрі при високих температурах. Зазначена властивість у поєднанні з високою температурою плавлення і досить великою термо-е.р.с., прийнятна сумісність з багатьма ізолюючими і захисними матеріалами, а також технологічність і відтворюваність метрологічних характеристик роблять їх незамінними у виготовленні електродів термопар для вимірювання високих температур в окислювальних середовищах. Ці сплави стійкі в аргоні і гелії, не розчиняються азотом та воденем, не утворюють нітридів і гідридів, не взаємодіють з СО та СО₂, але застосовувати платинородій-платинові термоперетворювачі у відновлювальних атмосферах не рекомендується, тому що в цьому випадку відбувається забруднення платини і платинородієвого сплаву елементами, відновленими із захисної або ізолюючої кераміки (зазвичай оксидної). До 1200°С платина та її сплави з родієм практично не взаємодіють з вогнетривкими матеріалами.

 

Кабельні термоелектричні перетворювачі

В даний час в усьому світі широкого поширення набули термоелектричні перетворювачі, що виготовляються з КТМС. КТМС – Кабель Термопарний з Мінеральною ізоляцією в Сталевій оболонці. Оболонка кабелю виготовлена із жаростійкої сталі або сплаву.

• 1 - оболонка кабелю
• 2 - термоелектроди
• 3 - мінеральна ізоляція (MgO)
• d - зовнішній діаметр оболонки кабелю
• S - товщина оболонки кабелю

 

Термопари

Компанія ОВЕН виготовляє такі моделі перетворювачів на основі технології КТМС: ДТПХ174, 184, 274, 214, 314, 334, 344, 354, 224, 234,244, 284, 364, 374, 384, 394 та ін.

Термопарний кабель, за рахунок високої щільності заповнення періклазом, витримує вигин на 180° навколо циліндра що дорівнює п'ятикратному діаметру кабеля. Наприклад, кабель діаметром 3 мм можна навити на трубу діаметром 15 мм. За цієї умови не відбувається замикання електродів між собою або з оболонкою.

Висока щільність заповнення обумовлена технологією виготовлення кабелю. Із порошку періклазу методом сухого пресування виготовляють двоканальні намиста, в які вставляють термоелектроди, складання поміщають у трубу діаметром близько 20 мм і багаторазово протягують через фільєри, проводячи проміжний відпал в середовищі водню або аргону.

Основні переваги термопар на основі КТМС:

• збільшені термоелектрична стабільність та робочий ресурс у порівнянні із дротяними термоперетворювачами (у 2-3 рази);
• гнучкість, дає можливість монтажу у важкодоступних місцях, у кабельних каналах, при цьому довжина термоперетворювачів може досягати 60-100 метрів. Термопари можна приварювати, припаювати або просто притискати до поверхні для вимірювання її температури;
• малий показник теплової інерції, що дозволяє застосовувати їх для реєстрації швидкоплинних процесів;
• універсальність застосування для різних умов експлуатації, хороша технологічність, мала матеріаломісткість;
• здатність витримувати великий робочий тиск;
• можливість виготовлення на їх основі термоперетворювачів у захисних чохлах, що забезпечують додатковий захист термоелектродів від дії робочого середовища.

 

Основні розміри кабельних термопар хромель-копель на основі кабелю типу КТМС-ХК

 

Зовнішній діаметр кабелю, d, мм	1,0	1,5	3,0	4,0	4,6	5,0	6,0
Кількість термоелектродів	2	2	2	2	4	2	2
Номінальний переріз термоелектродів, мм2	0,03	0,06	0,30	0,50	0,44	0,60	0,90
Діаметр термоелектродів, с, мм	0,20	0,27	0,65	0,85	0,75	0,90	1,08
Товщина оболонки, S, мм2	0,15	0,25	0,35	0,50	0,35	0,62	0,75
Матеріал захисної оболонки	Сталь 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т (С10)

Основні типорозміри кабельних термопар хромель-алюмель (ХА), ніхросил-нісил (НН) та залізо-константан (ЖК) по МЕК 61515

Зовнішній діаметр кабелю, D, мм	Товщина оболонки, S, мм2, не менше	Діаметр термоелектродів, С, мм не менше	Товщина ізоляції, I, мм, не менше
0,5±0,025	0,05	0,08	0,04
1,0±0,025	0,10	0,15	0,08
1,5±0,025	0,15	0,23	0,12
2,0±0,025	0,20	0,30	0,16
3,0±0,030	0,30	0,45	0,24
4,5±0,045	0,45	0,68	0,36
6,0±0,060	0,60	0,90	0,48
8,0±0,080	0,80	1,20	0,64
Матеріал захисної оболонки	12Х18Н10Т (С10), ХН78Т (Т78), AISI 321 (C321), AISI 316 (C316), AISI 310 (T310), AISI 446 (T446), Inconel 600 (T600)