Lämpöparityypit selitetty: Tyyppi K, J, T, E, N, R, S ja kuinka valita oikea

A lämpöpari on laajimmin käytetty lämpötila-anturi teollisuusprosessien ohjauksessa, sähkölämmitysjärjestelmissä ja valmistuslaitteissa. Sen toimintaperiaate on yksinkertainen: kaksi erilaista metallilankaa, jotka on liitetty yhteen päähän (mittausliitos), muodostavat pienen jännitteen, joka on verrannollinen mittausliitoksen ja vertailupään (kylmäliitos) väliseen lämpötilaeroon. Tämä lämpösähköinen jännite – Seebeck-ilmiö – mitataan liitetyllä instrumentilla, joka muuntaa jännitelukeman lämpötila-arvoksi, joka perustuu kyseisen termoparityypin standardoituun termoparikalibrointikäyrään.

Insinöörien, laitesuunnittelijoiden ja hankintatiimien kriittinen käytännön seikka on, että "lämpöpari" ei ole yksittäinen tuote – se on sarja standardoituja anturityyppejä, joista jokainen määritellään tietyllä seoslankaparilla ja jokaisella on oma lämpötila-alue, lähtöherkkyys, kemiallinen yhteensopivuus ja tarkkuusprofiili. Termoparin määrittäminen teolliseen lämmityssovellukseen tarkoittaa oikean tyypin valintaa lämpötila-alueelle, prosessiympäristölle ja tarkkuusvaatimukseen – väärän tyypin valinta tuottaa epätarkkoja lämpötilalukemia tai anturivikoja, jotka molemmat heikentävät prosessin laatua ja lisäävät ylläpitokustannuksia.

Tämä opas selittää tärkeimmät standardoidut termoparityypit, vertaa niiden keskeisiä suorituskykyparametreja ja tarjoaa käytännön puitteet termoparityypin sovittamiseksi sovelluksen vaatimuksiin.

Kuinka lämpöparityypit standardoidaan

Lämpöparityypit ovat kansainvälisesti standardoituja – IEC 60584 -standardi määrittelee viitetaulukot (EMF vs. lämpötila -suhteet) tärkeimmille kirjainmerkityille lämpöpareille, joita käytetään maailmanlaajuisesti. ANSI/ASTM E230 on vastaava Yhdysvaltain standardi ja DIN EN 60584 on harmonisoitu eurooppalainen standardi. Jokainen termoparityyppi on merkitty yhdellä isolla kirjaimella (K, J, T, E, N, R, S, B, C), joka identifioi sen kahdessa johtimessa käytetyn tietyn seosparin. Koska kirjainmerkinnät ja viitetaulukot ovat kansainvälisesti standardoituja, yhden valmistajan K-tyypin lämpöpari ja toisen valmistajan K-tyypin lämpöpari ovat keskenään vaihdettavissa samassa lämpötila-instrumentissa, kunhan molemmat on valmistettu vakiokalibrointitaulukon mukaan.

Jokaisessa lämpöparityypissä tarkkuustoleranssit määritellään kahteen tai kolmeen luokkaan (luokka 1, luokka 2, luokka 3 IEC 60584-2:n mukaan), joissa luokka 1 on tiukin toleranssi ja luokka 3 koskee alhaisempia lämpötila-alueita. Valitun luokan tulee vastata prosessin tarkkuusvaatimusta – luokan 1 määrittäminen, jossa luokka 2 on riittävä, lisää tarpeettomia kustannuksia; Luokan 2 käyttö tarkkuusprosessissa, jossa tarvitaan luokkaa 1, tuottaa epätarkan lämpötilan säädön.

Tärkeimmät lämpöparityypit: Ominaisuudet ja sovellukset

Tyyppi K (Chromel / Alumel)

Tyyppi K on yleisimmin käytetty termoparityyppi maailmanlaajuisesti – sen yhdistelmä laajasta lämpötila-alueesta, riittävästä tarkkuudesta, hyvästä hapettumisenkestävyydestä ja alhaisista kustannuksista tekee siitä oletusspesifikaation useimpiin teollisuuden lämpötilanmittaussovelluksiin, joissa ei vaadita toisen tyypin erityisominaisuuksia.

Lämpötila-alue: –200°C - 1260°C (jatkuva käyttö 1100°C asti suositellaan tyypillisesti teollisuustermopareissa käytetyille lankamittaille). Lähtöherkkyys noin 41 µV/°C 500°C:ssa.

Lankalejeeringit: Positiivinen johdin — kromi (noin 90 % nikkeliä, 10 % kromia); Negatiivinen johdin — Alumel (noin 95 % nikkeliä, 2 % mangaania, 2 % alumiinia, 1 % piitä).

Vahvuudet: Laaja lämpötila-alue; hyvä kestävyys hapettavia ilmakehyksiä vastaan; vakaa kalibrointi pitkien huoltojaksojen aikana puhtaissa ympäristöissä; hyvä lineaarisuus suurimmassa osassa sen aluetta; alhaisimmat kustannukset yleisistä tyypeistä; yhteensopivien instrumenttien, liittimien ja jatkojohdon laajin saatavuus.

Rajoitukset: Alalla "vihreämätä" korroosiota vähähappisissa, rikkiä sisältävissä ilmakehissä - positiivisen johtimen kromi hapettuu selektiivisesti näissä olosuhteissa aiheuttaen kalibrointiryömintä. Ei sovellu käytettäväksi pelkistävissä, rikkipitoisissa tai tyhjiöympäristöissä ilman suojaa. Esittää hystereesiä alueella 300–600 °C (vähäinen kalibrointijaksovaikutus).

Paras: Yleinen teollisuusprosessin lämpötilan mittaus; sähkölämmityselementtien pinnan ja prosessin lämpötilan valvonta; uunin ja uunin lämpötilan valvonta; muovin käsittely (ruiskuvalu, suulakepuristus) tynnyri ja kuumakanava lämpötila; elintarvikkeiden jalostus-ja kuivauslaitteet; LVI- ja ilmankäsittelyjärjestelmät; kaikki tavanomaiset teolliset sovellukset, joissa tietty kiinteistövaatimus ei edellytä muuta tyyppiä.

Tyyppi J (rauta / konstantaani)

Tyyppi J oli yksi varhaisimmista standardoiduista lämpöparityypeistä ja on edelleen laajassa käytössä, erityisesti olemassa olevissa teollisuuslaitteissa, joissa se oli alkuperäinen eritelmä, ja korvaaminen säilyttää kalibroinnin yhteensopivuuden.

Lämpötila-alue: –40°C - 750 °C (rajoitettu yläalue verrattuna tyyppiin K; yli 760°C:ssa rautajohdin hapettuu nopeasti). Lähtöherkkyys noin 55 µV/°C 300°C:ssa – hieman korkeampi herkkyys kuin tyypin K käyttöalueella.

Lankalejeeringit: Positiivinen johdin - rauta; Negatiivinen johdin — Constantan (kupari-nikkeliseos, noin 55 % kuparia, 45 % nikkeliä).

Vahvuudet: Korkeampi lähtöherkkyys kuin tyyppi K matalan ja keskitason lämpötila-alueella; sopii käytettäväksi pelkistävissä tai tyhjiöilmakehissä (joissa tyypin K kromijohdin on ongelmallinen); vanhojen teollisten instrumenttien tukema laajalti; halvemmat kuin jalometallityypit.

Rajoitukset: Rautajohdin ruostuu kosteissa ympäristöissä – ei sovellu suojaamattomaan käyttöön kosteissa tai märissä olosuhteissa ilman ruostumattomasta teräksestä valmistettua suojavaippaa; hapettuu nopeasti yli 760 °C:ssa; lyhyempi käyttöikä kuin tyypillä K hapettavassa ympäristössä kohtuullisissa lämpötiloissa raudan hapettumisen vuoksi; korvataan vähitellen Kirjoita N:llä uusissa sovelluksissa.

Paras: Matalasta keskilämpötilaan teollisuusprosessit; pelkistys- tai tyhjiöilmakehän sovellukset; vaihtaminen olemassa oleviin laitteisiin, jotka on alun perin määritelty tyypillä J; muovi ruiskuvalu laitteet (historiallinen eritelmä); lämpökäsittely- ja hehkutusuunit, jotka toimivat alle 750 °C:ssa.

Tyyppi T (kupari / konstantaani)

Tyyppi T soveltuu erityisesti alhaisen ja kryogeenisen lämpötilan mittaukseen – sen kupari-konstantaaniseosyhdistelmä toimii luotettavasti -270 °C:n lämpötiloissa (kryogeeninen) ja soveltuu myös käytettäväksi 350 °C:seen asti tavallisissa teollisuussovelluksissa.

Lämpötila-alue: -270°C - 400 °C. Lähtöherkkyys noin 46 µV/°C 100°C:ssa.

Lankalejeeringit: Positiivinen johdin - kupari; Negatiivinen johdin - Constantan.

Vahvuudet: Erinomainen tarkkuus ja vakaus alhaisissa lämpötiloissa; sopii kryogeenisiin sovelluksiin; kestää kosteutta ja lievää korroosiota; hyvä stabiilisuus sekä hapettavassa että pelkistävässä ilmakehässä; suurin tarkkuus jalometallitermoparityypeistä -200°C - 350°C.

Rajoitukset: Ylälämpötilaraja 400 °C rajoittaa käytön matalan lämpötilan sovelluksissa; kuparijohtimella on korkea lämmönjohtavuus, mikä voi aiheuttaa johtovirheitä sovelluksissa, joissa lämpötilagradientit ovat jyrkät.

Paras: Kryogeeninen ja matalan lämpötilan mittaus; elintarvikkeiden jäähdytys- ja pakastimen lämpötilan valvonta; farmaseuttinen kylmäketjun seuranta; laboratorio- ja tieteelliset sovellukset, jotka vaativat tarkkuutta alhaisissa lämpötiloissa; kosteudenkestävä lämpötila-anturi LVI- ja rakennusautomaatiojärjestelmissä.

Tyyppi E (Chromel / Constantan)

Tyypin E lähtöherkkyys (EMF per aste) on kaikista yleisistä standardoiduista termoparityypeistä suurin – noin 68 µV/°C 300 °C:ssa – joten se on paras valinta sovelluksiin, joissa vaaditaan maksimisignaalin voimakkuutta instrumentin herkkyysvaatimusten minimoimiseksi tai joissa pienet lämpötilaerot on ratkaistava tarkasti.

Lämpötila-alue: -200°C - 900 °C. Ei-magneettinen (molemmat johtimet ovat ei-magneettisia metalliseoksia).

Lankalejeeringit: Positiivinen johdin - Chromel; Negatiivinen johdin - Constantan.

Vahvuudet: Normaalien epäjalometallityyppien korkein herkkyys; ei-magneettinen rakenne on tärkeä sovelluksissa lähellä voimakkaita magneettikenttiä; hyvä hapettumiskestävyys; vakaa kalibrointi.

Rajoitukset: Ei sovellu pelkistävään tai tyhjiöön (Chromel-johdin); vähemmän laajalti saatavilla kuin tyyppi K tai J joillakin markkinoilla; hieman korkeammat kustannukset kuin tyyppi K.

Paras: Sovellukset, jotka vaativat maksimaalista herkkyyttä alhaisissa lämpötilaeroissa; magneettikenttäympäristöt, joissa rautajohdetyypit eivät sovellu; pakkasta lämpötilan mittaus korkealla herkkyydellä.

Tyyppi N (Nicrosil / Nisil)

Tyyppi N kehitettiin korkeamman stabiilisuuden vaihtoehdoksi tyypille K:lle, ja se vastaa joihinkin tyypin K tunnetuista kalibroinnin stabiilisuuden rajoituksista korkeissa lämpötiloissa. Se käyttää metalliseoksia, jotka on erityisesti suunniteltu minimoimaan kalibroinnin ajautumismekanismit (lyhyen kantaman järjestys, selektiivinen hapettuminen), jotka vaikuttavat tyyppiin K yli 300 °C:een.

Lämpötila-alue: -200°C - 1300°C. Lähtöherkkyys noin 39 µV/°C 600°C:ssa.

Vahvuudet: Parempi pitkän aikavälin kalibrointistabiilisuus kuin tyyppi K yli 300 °C lämpötiloissa; parempi korkean lämpötilan hapettumisenkestävyys kuin tyyppi K; kestää paremmin hystereesiä alueella 300–600 °C.

Paras: Korkean lämpötilan teolliset prosessit, joissa pitkän aikavälin kalibroinnin stabiilius on kriittinen; tyypin K vaihtaminen sovelluksissa, joissa ajautuminen on toistuva huoltoongelma; uuneja ja polttouuneja, jotka toimivat 600–1 200 °C:n lämpötilassa.

Tyyppi R ja tyyppi S (platina-rodium / platina)

Tyypit R ja S ovat jalometallitermopareja – molemmat käyttävät platinapohjaisia seoksia (tyyppi R: 13 % rodiumia/platinapositiivista; tyyppi S: 10 % rodium/platinapositiivista; molemmissa käytetään puhdasta platina-negatiivista johdinta). Niiden jalometallirakenne antaa niille vakauden ja tarkkuusominaisuudet, joita perusmetallityypit eivät voi verrata huomattavasti korkeammalla hinnalla.

Lämpötila-alue: 0 °C - 1 600 °C (tyyppi R ja S). Tyyppi B (30 % Rh/Pt / 6 % Rh/Pt) ulottuu 1 700 °C:seen.

Vahvuudet: Korkeiden lämpötilojen kyky 1 600 °C:seen asti; erinomainen kalibrointistabiilisuus korkeissa lämpötiloissa; korkea tarkkuus (luokan 1 toleranssi ±1°C tai 0,25%); sopii käytettäväksi hapettavassa ja inertissä ilmakehässä; Kansainvälinen lämpötila-asteikko ITS-90 käyttää tyyppiä S yhtenä määrittelevistä interpolointiinstrumenteistaan ​​välillä 630,74 °C ja 1 064,43 °C.

Rajoitukset: Erittäin korkea hinta (platina-rodium-lejeeringin hinta); alhainen ulostuloherkkyys (noin 10 µV/°C 1 000 °C:ssa — vaatii herkkää instrumentointia); altis pelkistävien kaasujen ja metallihöyryjen saastumiselle (täytyy suojata keraamisilla tai platinakuorilla useimmissa teollisuusympäristöissä); herkkä – ei voida käyttää suojaamattomana mekaanisissa iskuissa tai tärinäympäristöissä.

Paras: Lasin valmistus uunit; keraamiset uunit; jalometallien jalostus; laboratorion kalibrointistandardit; kaikki korkean lämpötilan prosessit, jotka ylittävät epäjalometallityyppien kyvyn, jos mittaustarkkuus oikeuttaa kustannuspreemion.

Lämpöparityyppien vertailutaulukko

Lämpöparin rakenne: paljas lanka, mineraalieristetty ja kootut tyypit

Seostyypin lisäksi termoparikokoonpanon fyysinen rakenne määrää sen vastenopeuden, mekaanisen kestävyyden ja soveltuvuuden erilaisiin asennusympäristöihin:

Paljas lanka termoparit ovat yksinkertaisin muoto – kaksi lämpöparijohtoa on hitsattu mittauskärjestä ja kulkevat suojaamattomina tai keraamisella peruseristyksellä. Niillä on nopein lämpövaste (ei suojaavaa massaa kärjen ja mitatun väliaineen välillä), ja niitä käytetään sovelluksissa, joissa nopea vaste on kriittinen ja ympäristö ei vaadi mekaanista suojausta – kaasuvirran lämpötilan mittaus, tutkimussovellukset ja lyhytikäisten prosessien valvonta.

Mineraalieristetyt metallivaippaiset (MIMS) termoparit (kutsutaan myös MI-termopareiksi tai mineraalieristetyiksi kaapeleiksi) koostuvat termoelementin langoista, jotka on pakattu magnesiumoksidi- (MgO)-mineraalijauheeseen saumattoman metallivaipan (ruostumaton teräs, Inconel tai muut seokset) sisään. MgO-eriste tarjoaa sähköisen eristyksen johtimien ja vaipan välillä, kun taas metallivaippa antaa mekaanisen suojan ja kemiallisen kestävyyden. MIMS-termoparit ovat teollisuuden standardirakennetta – ne ovat kestäviä, tärinänkestäviä, saatavana pieninä halkaisijaina (1–12 mm OD) ja ne voidaan taivuttaa monimutkaisiin asennusgeometrioihin. Saatavana maadoitettuna (hitsattu vaippaan nopeampaa vastetta varten), maadoittamattomana (eristetty vaipasta sähköeristystä varten) tai paljaana (ulottuu vaipan ulkopuolelle nopeimman vasteen saamiseksi).

Thermowell-asennettavat termoparit työnnä se erikseen asennettuun suojakuoppaan (suljettu putki, joka on kiinnitetty prosessiastiaan tai putkeen) sen sijaan, että kosketat mitattavaa väliainetta suoraan. Suojasuojus suojaa termoparia virtauksen eroosiolta, paineelta ja kemiallisilta vaikutuksilta ja mahdollistaa termoparin poistamisen ja vaihtamisen pysäyttämättä prosessia. Hieman hitaampi lämpövaste kuin suoraan upotustyypeissä, mutta välttämätön korkeapaine- ja suurnopeusprosessisovelluksissa.

Usein kysytyt kysymykset

Voinko vaihtaa K-tyypin lämpöparin N-tyypin lämpöpariin muuttamatta mitään?

Voit korvata tyypin K lämpöparin tyypin N kanssa mekaanisesti - termoparin fyysiset mitat voivat olla samat. Tyypin K ja tyypin N kalibrointitaulukot ovat kuitenkin erilaisia ​​(ne tuottavat erilaisia ​​EMF-arvoja samassa lämpötilassa), mikä tarkoittaa, että termopariin kytketty lämpötilainstrumentti on konfiguroitava uudelleen N-tyypin tuloa varten, jotta se näyttää oikean lämpötilan. Jos laite on asetettu tyypille K ja N-tyypin termopari on kytketty, näytössä oleva lämpötila on väärä, tyypillisesti korkeissa lämpötiloissa muutaman asteen todellista alhaisempi. Konfiguroi aina instrumentti ja jatkojohto uudelleen (N-tyypin jatkojohto vaaditaan N-tyypin lämpöpareille), kun vaihdat lämpöparin tyyppiä.

Mitä eroa on lämpöparin johdolla ja lämpöparin jatkojohdolla?

Lämpöparin johto on mittauskärjessä käytetty varsinainen anturiseos – sen on oltava oikea seospari nimetylle termoparityypille (Chromel/Alumel tyypille K jne.) ja sen on jatkuttava jatkuvasti mittausliitoksesta referenssiliitokseen (instrumentin liittimeen) ilman erilaista metalliliitosta niiden väliin. Jatkojohtoa (jota kutsutaan myös kompensointikaapeliksi alemmille tyypeille) käytetään termoparin signaalin ohjaamiseen termoparin päästä laitteeseen pitkiä matkoja edullisemmin – se käyttää metalliseoksia, jotka on valittu vastaamaan läheisesti alkuperäisten lämpöpariseosten lämpösähköisiä ominaisuuksia johdotuksen ympäristön lämpötila-alueella (yleensä 200°C). Tavallisen kuparilangan tai väärän jatkojohdon käyttäminen termoparin ja instrumentin välillä aiheuttaa mittausvirheen liitäntäpisteessä ja tuottaa virheellisiä lämpötilalukemia.

Mistä tiedän, milloin termopari on vaihdettava?

Lämpöparin vialla ja heikkenemisellä on useita tunnistettavia osoittimia: äkillinen avoimen piirin vika (laite näyttää vikalukeman, yleensä maksimiasteikon tai virhekoodin – termoparin johto on katkennut syöpyneestä tai mekaanisesti rasitusta kohdasta); asteittainen kalibrointiryömintä (instrumentin lukema eroaa yhä enemmän vertailumittauksesta - termopariseokset ovat muuttaneet koostumusta hapettumisen, kontaminoitumisen tai raekasvun vuoksi korotetussa lämpötilassa); ajoittaiset lukemat, jotka muuttuvat epäsäännöllisesti (osittainen katkeaminen termoelementin johdossa, joka muodostaa ja katkaisee kosketuksen liikkeen kanssa – aiheuttaa instrumentin lukemien hyppäämisen tai värähtelyn). Suunniteltu vaihto, joka perustuu valmistajan suosittelemaan käyttöikään asennuslämpötilaan ja ympäristöön, sen sijaan, että se kestäisi vikaantumisen, estää odottamattomia prosessin ohjauksen häiriöitä, jotka johtuvat termoparin epäonnistumisesta tuotannon aikana.

Xinghua Yadingin sähkölämmityselementin lämpöparit

Xinghua Yading Electric Heating Element Co., Ltd. , Xinghua, Jiangsu, valmistaa K-, J-, T-, E- ja N-tyypin teollisuustermopareja sekä jalometallityyppejä mineraalieristetyissä (MIMS) ja koottuissa kokoonpanoissa. Vaippamateriaaleja ovat ruostumaton teräs 304/316, Inconel 600/601 ja muut seokset korkeissa lämpötiloissa ja syövyttävässä ympäristössä. Saatavilla on vakio- ja mukautettuja kärkikokoonpanoja, vaipan halkaisijat 1–12 mm ja liitospäätyypit. Termoparikokoonpanot sähkölämmitysjärjestelmiin, ruiskuvalulaitteisiin, teollisuusuuneihin ja prosessilämpötilan säätöön. OEM-valmistus mukautettuja määrityksiä ja sovelluskohtaisia ​​kokoonpanoja varten.

Ota yhteyttä sovelluksesi lämpötila-alueeseen, prosessiympäristöön, vaadittuun tarkkuusluokkaan, vaippamateriaaliin ja mekaaniseen konfiguraatioon saadaksesi termoparin erittelysuosituksen ja tarjouksen.

Liittyvät tuotteet: Termopari | Patruunan lämmitin | Band Heater | Hot Runner Heater | Uppolämmitin