انواع ترموکوپل توضیح داده شده: نوع K، J، T، E، N، R، S و نحوه انتخاب مناسب

الف ترموکوپل پرکاربردترین سنسور دما در کنترل فرآیندهای صنعتی، سیستم های گرمایش الکتریکی و تجهیزات تولیدی است. اصل عملکرد آن ساده است: دو سیم فلزی غیرمشابه که در یک انتها (اتصال اندازه گیری) به هم وصل شده اند، ولتاژ کوچکی متناسب با اختلاف دما بین محل اتصال اندازه گیری و انتهای مرجع (اتصال سرد) ایجاد می کنند. این ولتاژ ترموالکتریک - اثر اسeebeck - توسط ابزار متصل اندازه گیری می شود که قرائت ولتاژ را به یک مقدار دما بر اساس منحنی کالیبراسیون ترموکوپل استاندارد شده برای آن نوع ترموکوپل تبدیل می کند.

نکته مهم عملی برای مهندسان، طراحان تجهیزات و تیم‌های تدارکات این است که "ترموکوپل" یک محصول واحد نیست - این یک خانواده از انواع سنسورهای استاندارد است که هر یک توسط یک جفت سیم آلیاژی خاص تعریف شده‌اند و هر کدام دارای محدوده دمایی مشخص، حساسیت خروجی، سازگاری شیمیایی و مشخصات دقت هستند. تعیین یک ترموکوپل برای یک کاربرد گرمایش صنعتی به معنای انتخاب نوع صحیح برای محدوده دما، محیط فرآیند و دقت مورد نیاز است - انتخاب نوع اشتباه باعث خوانش دما نادرست یا خرابی زودهنگام سنسور می شود که هر دو کیفیت فرآیند را کاهش می دهند و هزینه تعمیر و نگهداری را افزایش می دهند.

این راهنما انواع اصلی ترموکوپل استاندارد شده را توضیح می دهد، پارامترهای عملکرد کلیدی آنها را با هم مقایسه می کند و چارچوبی عملی برای تطبیق نوع ترموکوپل با الزامات برنامه ارائه می دهد.

چگونه انواع ترموکوپل استاندارد می شوند

انواع ترموکوپل در سطح بین المللی استاندارد شده است - استاندارد IEC 60584 جداول مرجع (EMF در مقابل روابط دما) را برای انواع اصلی ترموکوپل با حروف تعیین شده در سطح جهانی تعریف می کند. AنSI/ASتیM E230 استاندارد ایالات متحده معادل است و DIN EN 60584 استاندارد هماهنگ اروپایی است. هر نوع ترموکوپل با یک حرف بزرگ (ک, جی, T, E, N, آر, S, ب, C) مشخص می شود که جفت آلیاژ خاصی را که برای دو هادی آن استفاده می شود مشخص می کند. از آنجایی که تعیین حروف و جداول مرجع استاندارد بین‌المللی هستند، یک ترموکوپل نوع K از یک سازنده و یک ترموکوپل نوع K از یک سازنده دیگر در یک دستگاه دمایی یکسان قابل تعویض هستند - تا زمانی که هر دو مطابق جدول کالیبراسیون استاندارد ساخته شده باشند.

در هر نوع ترموکوپل، تلورانس‌های دقت در دو یا سه کلاس تعریف می‌شوند (کلاس 1، کلاس 2، کلاس 3 بر اساس IEC 60584-2)، که در آن کلاس 1 تنگ‌ترین تلرانس است و کلاس 3 برای محدوده‌های دمایی پایین‌تر اعمال می‌شود. کلاس انتخاب شده باید با الزامات دقت فرآیند مطابقت داشته باشد - مشخص کردن کلاس 1 که در آن کلاس 2 مناسب است، هزینه غیر ضروری را اضافه می کند. استفاده از کلاس 2 در یک فرآیند دقیق که در آن کلاس 1 مورد نیاز است، کنترل دما را نادرست تولید می کند.

انواع اصلی ترموکوپل: خواص و کاربردها

نوع K (کرومل / آلومل)

نوع K پرکاربردترین نوع ترموکوپل در سطح جهان است – ترکیبی از محدوده دمایی وسیع، دقت کافی، مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب و هزینه کم، آن را به عنوان مشخصات پیش‌فرض برای اکثر کاربردهای اندازه‌گیری دمای صنعتی که در آن خاصیت خاصی از نوع دیگری مورد نیاز نیست، می‌سازد.

محدوده دما: -200 درجه سانتی گراد تا 1260 درجه سانتی گراد (سرویس مداوم تا دمای 1100 درجه سانتی گراد برای گیج های سیمی که معمولاً در ترموکوپل های صنعتی استفاده می شوند توصیه می شود). حساسیت خروجی تقریباً 41 µV/°C در 500 درجه سانتی گراد.

آلیاژهای سیم: هادی مثبت - کروم (تقریباً 90٪ نیکل، 10٪ کروم)؛ هادی منفی - آلومل (تقریباً 95٪ نیکل، 2٪ منگنز، 2٪ آلومینیوم، 1٪ سیلیکون).

نقاط قوت: محدوده دمایی گسترده؛ مقاومت خوب در برابر اتمسفرهای اکسید کننده؛ کالیبراسیون پایدار در طول دوره های خدمات طولانی در محیط های تمیز؛ خطی بودن خوب در بیشتر محدوده آن؛ کمترین هزینه از انواع رایج؛ گسترده ترین در دسترس بودن ابزار سازگار، کانکتورها، و سیم پسوند.

محدودیت ها: در معرض خوردگی "پوسیدگی سبز" در اتمسفرهای کم اکسیژن و حاوی گوگرد - کروم موجود در هادی مثبت به طور انتخابی در این شرایط اکسید می شود و باعث رانش کالیبراسیون می شود. برای استفاده در محیط های احیا کننده، گوگردی یا خلاء بدون محافظ مناسب نیست. هیسترزیس را در محدوده 300-600 درجه سانتیگراد نشان می دهد (اثر چرخه کالیبراسیون جزئی).

بهترین برای: اندازه گیری دمای عمومی فرآیند صنعتی؛ نظارت بر دمای سطح و فرآیند عنصر گرمایش الکتریکی؛ کنترل دمای کوره و کوره؛ پردازش پلاستیک (قالب گیری تزریقی، اکستروژن) بشکه و دمای دونده داغ؛ تجهیزات پردازش و خشک کردن مواد غذایی؛ سیستم های تهویه مطبوع و هوا؛ هر کاربرد صنعتی استانداردی که در آن یک الزام خاص دارایی، نوع دیگری را الزامی نمی کند.

نوع J (آهن / کنستانتان)

نوع J یکی از قدیمی‌ترین انواع ترموکوپل استاندارد بود و به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، به‌ویژه در تجهیزات صنعتی موجود که مشخصات اصلی آن بود، و جایگزینی سازگاری کالیبراسیون را حفظ می‌کند.

محدوده دما: -40 درجه سانتی گراد تا 750 درجه سانتی گراد (محدوده بالایی محدود در مقایسه با نوع K؛ بالای 760 درجه سانتی گراد، هادی آهن به سرعت اکسید می شود). حساسیت خروجی تقریباً 55 µV/°C در 300 درجه سانتی‌گراد - حساسیت کمی بالاتر از نوع K در محدوده کاری آن.

آلیاژهای سیم: هادی مثبت - آهن؛ هادی منفی - کنستانتان (آلیاژ مس-نیکل، تقریباً 55٪ مس، 45٪ نیکل).

نقاط قوت: حساسیت خروجی بالاتر از نوع K در محدوده دمایی کم تا متوسط. مناسب برای استفاده در اتمسفرهای احیا یا خلاء (جایی که هادی کروم نوع K مشکل دارد). به طور گسترده توسط ابزار دقیق صنعتی قدیمی پشتیبانی می شود. هزینه کمتر نسبت به انواع فلزات نجیب

محدودیت ها: هادی آهنی در محیط های مرطوب زنگ می زند - برای استفاده بدون محافظت در شرایط مرطوب یا مرطوب بدون غلاف محافظ فولاد ضد زنگ مناسب نیست. به سرعت در بالای 760 درجه سانتیگراد اکسید می شود. عمر کوتاه تر از نوع K در محیط های اکسید کننده در دمای متوسط ​​به دلیل اکسیداسیون آهن. به تدریج با نوع N در برنامه های جدید جایگزین می شود.

بهترین برای: فرآیندهای صنعتی با دمای پایین تا متوسط؛ کاربردهای کاهش یا خلاء اتمسفر؛ جایگزینی در تجهیزات موجود که در اصل با نوع J مشخص شده است. تجهیزات قالب گیری تزریق پلاستیک (مشخصات تاریخی)؛ کوره های عملیات حرارتی و آنیلینگ که در دمای زیر 750 درجه سانتیگراد کار می کنند.

نوع T (مس / کنستانتان)

نوع T به طور خاص برای اندازه گیری دمای پایین و برودتی مناسب است - ترکیب آلیاژ مس-کنستانتان آن به طور قابل اعتمادی در دماهای تا 270- درجه سانتی گراد (برودتی) عمل می کند در حالی که برای استفاده تا 350 درجه سانتی گراد در کاربردهای صنعتی استاندارد نیز مناسب است.

محدوده دما: -270 درجه سانتیگراد تا 400 درجه سانتیگراد. حساسیت خروجی تقریباً 46 µV/°C در 100 درجه سانتی گراد.

آلیاژهای سیم: هادی مثبت - مس؛ هادی منفی - کنستانتان.

نقاط قوت: دقت و پایداری عالی در دماهای پایین؛ مناسب برای کاربردهای برودتی؛ مقاوم در برابر رطوبت و خوردگی خفیف؛ پایداری خوب در هر دو اتمسفر اکسید کننده و کاهنده؛ بالاترین دقت انواع ترموکوپل های پایه فلزی در محدوده -200 درجه سانتیگراد تا 350 درجه سانتیگراد.

محدودیت ها: محدودیت دمای بالای 400 درجه سانتیگراد، استفاده را برای برنامه های کاربردی در دمای پایین محدود می کند. هادی مسی دارای رسانایی حرارتی بالایی است که می‌تواند باعث خطای هدایت در کاربردهایی با گرادیان دما زیاد شود.

بهترین برای: اندازه گیری برودتی و دمای پایین؛ نظارت بر دمای یخچال و فریزر مواد غذایی؛ نظارت بر زنجیره سرد دارویی؛ کاربردهای آزمایشگاهی و علمی که نیاز به دقت در دماهای پایین دارند. سنجش دمای مقاوم در برابر رطوبت در سیستم های HVAC و اتوماسیون ساختمان

نوع E (کرومل / کنستانتان)

نوع E دارای بالاترین حساسیت خروجی (EMF به ازای هر درجه) در بین انواع معمولی ترموکوپل استاندارد - تقریباً 68 µV/°C در 300 درجه سانتیگراد - بهترین انتخاب برای کاربردهایی است که حداکثر قدرت سیگنال برای به حداقل رساندن الزامات حساسیت ابزار مورد نیاز است یا در جایی که تفاوت‌های دمایی کوچک باید با دقت حل شوند.

محدوده دما: -200 درجه سانتیگراد تا 900 درجه سانتیگراد. غیر مغناطیسی (هر دو هادی آلیاژهای غیر مغناطیسی هستند).

آلیاژهای سیم: هادی مثبت - کروم. هادی منفی - کنستانتان.

نقاط قوت: بالاترین حساسیت انواع فلز پایه استاندارد؛ ساخت و ساز غیر مغناطیسی در کاربردهای نزدیک به میدان های مغناطیسی قوی مهم است. مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب؛ کالیبراسیون پایدار

محدودیت ها: مناسب برای کاهش یا خلاء اتمسفر (رسانای کرومل) نیست. در برخی بازارها نسبت به نوع K یا J کمتر در دسترس است. هزینه کمی بالاتر از نوع K.

بهترین برای: الفpplications requiring maximum sensitivity at low temperature differences; magnetic field environments where iron-conductor types are unsuitable; sub-zero temperature measurement with high sensitivity.

نوع N (نیکروسیل/نیسیل)

نوع N به عنوان جایگزینی با پایداری بالاتر برای نوع K توسعه یافت و برخی از محدودیت‌های پایداری کالیبراسیون شناخته شده نوع K در دماهای بالا را برطرف کرد. از آلیاژهایی استفاده می‌کند که به‌طور خاص برای به حداقل رساندن مکانیسم‌های رانش کالیبراسیون (ترتیب کوتاه برد، اکسیداسیون انتخابی) که بر نوع K بالای 300 درجه سانتی‌گراد تأثیر می‌گذارند، فرموله شده‌اند.

محدوده دما: -200 درجه سانتیگراد تا 1300 درجه سانتیگراد. حساسیت خروجی تقریباً 39 µV/°C در دمای 600 درجه سانتی گراد.

نقاط قوت: پایداری کالیبراسیون طولانی مدت بهتر از نوع K در دماهای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد. مقاومت بهتر در برابر اکسیداسیون در دمای بالا نسبت به نوع K؛ نسبت به هیسترزیس در محدوده 300-600 درجه سانتی گراد مقاوم تر است.

بهترین برای: فرآیندهای صنعتی با دمای بالا که پایداری کالیبراسیون طولانی مدت حیاتی است. جایگزینی نوع K در برنامه هایی که دریفت یک مشکل تعمیر و نگهداری تکراری است. کوره ها و کوره هایی که در محدوده 600 تا 1200 درجه سانتیگراد کار می کنند.

نوع R و نوع S (پلاتین-رودیوم / پلاتین)

انواع R و S ترموکوپل های فلزی نجیب هستند - هر دو از آلیاژهای مبتنی بر پلاتین استفاده می کنند (نوع R: 13٪ رودیوم / پلاتین مثبت؛ نوع S: 10٪ رودیوم / پلاتین مثبت؛ هر دو از رسانای پلاتین منفی خالص استفاده می کنند). ساختار فلز نجیب آنها به آنها ویژگی های پایداری و دقت می دهد که انواع فلز پایه نمی توانند با آنها مطابقت داشته باشند و هزینه بسیار بالاتری دارد.

محدوده دما: 0 درجه سانتی گراد تا 1600 درجه سانتی گراد (نوع R و S). نوع B (30% Rh/Pt / 6% Rh/Pt) تا 1700 درجه سانتی گراد گسترش می یابد.

نقاط قوت: قابلیت دمای بالا تا 1600 درجه سانتیگراد. پایداری عالی کالیبراسیون در دماهای بالا؛ دقت بالا (تلرانس کلاس 1 ± 1 درجه سانتیگراد یا 0.25٪). مناسب برای استفاده در اتمسفرهای اکسید کننده و بی اثر؛ مقیاس بین المللی دمای ITS-90 از نوع S به عنوان یکی از ابزارهای درون یابی بین 630.74 درجه سانتی گراد و 1064.43 درجه سانتی گراد استفاده می کند.

محدودیت ها: هزینه بسیار بالا (هزینه آلیاژ پلاتین-رودیوم)؛ حساسیت خروجی کم (تقریباً 10 µV/°C در 1000 درجه سانتیگراد - به ابزار دقیق حساس نیاز دارد). مستعد آلودگی ناشی از گازهای کاهنده و بخارات فلزی (در اکثر محیط های صنعتی باید با روکش های سرامیکی یا پلاتین محافظت شود). شکننده - نمی توان بدون محافظت در محیط های شوک مکانیکی یا ارتعاش استفاده کرد.

بهترین برای: کوره های تولید شیشه؛ کوره های سرامیک؛ پردازش فلزات گرانبها؛ استانداردهای کالیبراسیون آزمایشگاهی؛ هر فرآیند با دمای بالا بالاتر از قابلیت انواع فلز پایه که دقت اندازه‌گیری هزینه‌ها را توجیه می‌کند.

جدول مقایسه نوع ترموکوپل

ساخت ترموکوپل: سیم لخت، عایق مواد معدنی و انواع مونتاژ شده

فراتر از نوع آلیاژی، ساختار فیزیکی مجموعه ترموکوپل سرعت پاسخ، استحکام مکانیکی و مناسب بودن آن را برای محیط‌های مختلف نصب تعیین می‌کند:

ترموکوپل سیم لخت ساده ترین شکل هستند - دو سیم ترموکوپل در نوک اندازه گیری جوش داده می شوند و بدون محافظ یا با عایق سرامیکی اولیه کار می کنند. آنها سریعترین پاسخ حرارتی را دارند (بدون جرم محافظ بین نوک و محیط اندازه گیری شده) و در کاربردهایی استفاده می شوند که پاسخ سریع حیاتی است و محیط به حفاظت مکانیکی نیاز ندارد - اندازه گیری دمای جریان گاز، برنامه های کاربردی تحقیقاتی و نظارت بر فرآیند کوتاه مدت.

ترموکوپل های فلزی عایق بندی شده (MIMS). (همچنین ترموکوپل های MI یا کابل های عایق معدنی نامیده می شوند) از سیم های ترموکوپل بسته بندی شده در پودر معدنی اکسید منیزیم (MgO) در داخل یک غلاف فلزی بدون درز (فولاد ضد زنگ، اینکونل یا آلیاژهای دیگر) تشکیل شده است. عایق MgO ایزوله الکتریکی بین هادی ها و غلاف را فراهم می کند، در حالی که غلاف فلزی محافظت مکانیکی و مقاومت شیمیایی را فراهم می کند. ترموکوپل‌های MIMS ساختار صنعتی استاندارد هستند - آنها مقاوم، مقاوم در برابر لرزش هستند، در قطرهای کوچک (OD 1-12mm) موجود هستند و می‌توانند در هندسه‌های نصب پیچیده خم شوند. با اتصال اندازه گیری زمین شده (جوش داده شده به غلاف برای پاسخ سریعتر)، غیر زمین (ایزوله شده از غلاف برای جداسازی الکتریکی)، یا در معرض (برای سریعترین پاسخ به بیرون از غلاف) موجود است.

ترموکوپل های نصب شده در ترموول به جای تماس مستقیم با محیط اندازه گیری شده، آن را در یک ترموول نصب شده جداگانه (یک لوله با انتهای بسته که در ظرف یا لوله فرآیند ثابت شده است) قرار دهید. ترموکوپل ترموکوپل را در برابر فرسایش جریان، فشار و حمله شیمیایی محافظت می کند و اجازه می دهد ترموکوپل را خارج کرده و بدون خاموش کردن فرآیند تعویض کند. پاسخ حرارتی کمی کندتر از انواع غوطه وری مستقیم، اما برای کاربردهای فرآیند با فشار بالا و سرعت بالا ضروری است.

سوالات متداول

آیا می توانم بدون تغییر چیز دیگری ترموکوپل نوع K را با نوع N جایگزین کنم؟

شما می توانید ترموکوپل نوع K را با نوع N به صورت مکانیکی جایگزین کنید - ابعاد فیزیکی ترموکوپل می تواند یکسان باشد. با این حال، جداول کالیبراسیون برای نوع K و نوع N متفاوت است (مقادیر EMF متفاوتی را در یک دما تولید می‌کنند)، به این معنی که ابزار دمایی متصل به ترموکوپل باید برای ورودی نوع N مجدداً پیکربندی شود تا دمای صحیح را نمایش دهد. اگر دستگاه برای نوع K تنظیم شده باشد و یک ترموکوپل نوع N وصل شده باشد، دمای نمایش داده شده اشتباه خواهد بود، معمولاً در دماهای بالا چند درجه کمتر از مقدار واقعی است. هنگام تغییر نوع ترموکوپل، همیشه ابزار و سیم کشش را مجدداً پیکربندی کنید (سیم پسوند نوع N برای ترموکوپل های نوع N لازم است).

تفاوت بین سیم ترموکوپل و سیم کششی ترموکوپل چیست؟

سیم ترموکوپل آلیاژ حسگر واقعی است که در نوک اندازه گیری استفاده می شود - باید جفت آلیاژ درستی برای نوع ترموکوپل تعیین شده (Chromel/Alumel برای نوع K و غیره) باشد و باید به طور مداوم از محل اتصال اندازه گیری تا محل اتصال مرجع (ترمینال ابزار) بدون ایجاد یک اتصال فلزی غیرمشابه باشد. سیم پسوند (که برای انواع درجه پایین تر کابل جبران نیز نامیده می شود) برای انتقال سیگنال ترموکوپل از سر ترموکوپل به دستگاه در فواصل طولانی با هزینه کمتر استفاده می شود - از آلیاژهای انتخاب شده برای مطابقت نزدیک با خواص ترموالکتریک آلیاژهای ترموکوپل اصلی در محدوده دمای محیط سیم کشی (معمولاً 0 تا 0) استفاده می شود. استفاده از سیم مسی معمولی یا نوع سیم امتداد نادرست بین ترموکوپل و ابزار، خطای اندازه‌گیری را در نقطه اتصال ایجاد می‌کند و باعث خوانش دما نادرست می‌شود.

چگونه بفهمم ترموکوپل نیاز به تعویض دارد؟

خرابی و تخریب ترموکوپل چندین نشانگر قابل شناسایی دارد: خرابی مدار باز ناگهانی (دستگاه یک خطا را نشان می دهد، معمولاً حداکثر مقیاس یا یک کد خطا - سیم ترموکوپل در نقطه خوردگی یا فشار مکانیکی شکسته شده است). رانش تدریجی کالیبراسیون (دستگاه به طور فزاینده ای با اندازه گیری مرجع متفاوت است - آلیاژهای ترموکوپل از طریق اکسیداسیون، آلودگی یا رشد دانه در دمای بالا تغییر ترکیب داده اند). قرائت های متناوب که به طور نامنظم تغییر می کنند (شکست جزئی در سیم ترموکوپل که تماس با حرکت ایجاد می کند و قطع می کند - باعث پرش یا نوسان خواندن ابزار می شود). جایگزینی برنامه ریزی شده بر اساس عمر مفید توصیه شده سازنده برای دمای نصب و محیط، به جای اجرای تا خرابی، از اختلال غیرمنتظره کنترل فرآیند ناشی از خرابی ترموکوپل در طول تولید جلوگیری می کند.

ترموکوپل از عنصر گرمایش الکتریکی Xinghua Yading

Xinghua Yading Electric Heating Element Co., Ltd. Xinghua، Jiangsu، ترموکوپل های صنعتی را در نوع K، نوع J، نوع T، نوع E، نوع N و انواع فلزات نجیب، در پیکربندی های عایق معدنی (MIMS) و مونتاژ تولید می کند. مواد غلاف شامل فولاد ضد زنگ 304/316، اینکونل 600/601 و آلیاژهای دیگر برای کاربردهای محیطی با دمای بالا و خورنده است. پیکربندی های استاندارد و سفارشی نوک، قطر غلاف از 1 میلی متر تا 12 میلی متر و انواع سر اتصال در دسترس هستند. مجموعه های ترموکوپل برای سیستم های گرمایش الکتریکی، تجهیزات قالب گیری تزریقی، کوره های صنعتی و کنترل دمای فرآیند. تولید OEM برای مشخصات سفارشی و پیکربندی های خاص برنامه.

برای دریافت توصیه و پیشنهاد مشخصات ترموکوپل، با محدوده دمای کاربرد، جو فرآیند، کلاس دقت مورد نیاز، مواد غلاف و پیکربندی مکانیکی خود با ما تماس بگیرید.

محصولات مرتبط: ترموکوپل | بخاری کارتریج | بخاری باند | بخاری رانر داغ | بخاری غوطه وری