Кабель для термопар устройство

Компенсационные кабели для подключения термопар

Зачастую требуется подключить термопару как часть очень длинной цепи от самого датчика до удаленного шкафа управления или измерительного прибора. И конечно же всем бы хотелось избежать необходимости изготовления термопары с таким длинным выводом и иметь возможность использовать другие провода.

Идеально было бы иметь возможность подключить недорогой кабель, но для подключения термопары нельзя использовать любой первый попавшийся провод. При подключении термопар к приборам необходимо использовать кабель с такой же выходной ЭДС, что и у термопары, в противном случае стыках соединения термопары см другим проводом возникает ошибочная ЭДС, что приведет к ошибочности измерений. Лучшее решение для удлинения провода термопары — использовать термопарные провода из тех же материалов, из которых сделана и сама термопара. Технические характеристики для некоторых из термопарных и компенсационных проводов указаны в следующей таблице.

Диапазон температуры, при которой может работать кабель, обычно ограничен значениями допуска по температуре материала изоляции.

Более дешевая альтернатива — использовать компенсационные кабели, сплавы которых отличаются от сплавов термопары, но имеют такую ​​же мощность в ограниченном диапазоне температур.

Чтобы это было возможно, термоэлектрические свойства дополнительного проводника не должны слишком сильно отличаться от свойств самой термопары. Удлинительный и компенсирующий кабель — это удобное и экономичное решение, у каждого из которых есть свои плюсы и минусы. В удлинительном кабеле используется провод, номинально совпадающий с проводником самой термопары, который, таким образом, по своей сути обладает аналогичными термоэнергетическими характеристиками и не имеет проблем с подключением.

Ошибка несоответствия, возникающая из-за высокой температуры соединительной коробки, скорее всего, будет относительно небольшой. Удлиннительные кабели дешевле, чем провода термопар, хотя и дороже компенсационных, и чаще всего производятся в удобной форме для транспортировки на большие расстояния, как правило, в виде гибких проводов или многожильных кабелей. Они рекомендуются для максимальной точности.

С другой стороны, компенсационные кабели чуть менее точны, но гораздо дешевле. В них используются совершенно другие относительно недорогие материалы проводников из сплавов, соответствующих определенной термопаре. Таким образом, комбинация вырабатывает выходной сигнал, аналогичный выходному сигналу термопары, но диапазон рабочих температур должен быть ограничен, чтобы ошибка несовпадения оставалась приемлемо малой.

Изоляция компенсационных кабелей

Давайте подробнее рассмотрим различные типы изоляций, которые могут встретиться в компенсационных проводах

Этот тип изоляции кабелей дешевле других, он используется для диапазона температур от 30 ° C до 80 ° C. Компенсационные кабели термопар с ПВХ оболочкой являются самым доступным вариантом удлинения провода термопары, однако температурный диапазон у них сильно ограничен и не подойдет для высокотемпературного промышленного нагрева.

Изоляция из ПТФЭ используется для диапазона высоких температур от 273 ° C до 250 ° C или 300 ° C на короткое время. ПТФЭ выдерживает воздействие практически всех известных химикатов, масел и жидкостей. Кабель на всем протяжении выполнен в экструдированной форме и поэтому является газо-, паро- и водонепроницаемым, что делает его наиболее подходящим для использования, например, в автоклавах или стерилизаторах.

Стекловолокно

Стекловолоконная изоляция используется для более высокого температурного диапазона, поэтому она часто встречается в различных типах термостойких проводов. Стекловолокно выдерживает температуру от 50 ° C до 400 ° C, в некоторых случаях используется до 800 ° C. Одно- и многопарные варианты доступны в плоском и скрученном виде со многими вариантами. Кабели из керамического волокна используются при температурах до 1400 ° C, которые подходят для использования при нормальной температуре окружающей среды, где существует вероятность возникновения горячей точки, которая может повредить кабели с более низким номиналом, чем ПВХ.

Силикон

Компенсационные кабели с силиконовой изоляцией имеют превосходные свойства устойчивости к высоким температурам благодаря огнестойким составам из силиконового каучука. Подходит для ситуаций, когда существует опасность возгорания. Идеально подходит для тех случаев, где в течение короткого периода времени температура может колебаться, что может привести к тому, что другой кабель станет негибким и хрупким. На сайте Термоэлемент вы можете купить компенсационные кабели с силиконовой изоляцией с экранированием или без, которые работают при температуре до 180 С.

Огнестойкий слюдяной кабель

Изоляция из миканита позволяет получить устойчивость к температуре 750 ° C в течение не менее трех часов в соответствии с требованиями испытания на пламя. Миканит незаменим в ситуациях, когда стратегически важно убедиться, что кабель продолжает работать во время серьезного пожара. Кабель включает в себя высокотемпературную ленту миканита с изоляцией из сшитого полиэтилена на жилах и материалом с низким выделением дыма при горении на подложке и / или внешней оболочке. Используемый материал оболочки не содержит галогенов.

Армированный огнестойкий ПВХ

Армированный огнестойкий ПВХ чрезвычайно полезен там, где необходимо передать ряд сигналов термопары обратно в прибор. Все кабели имеют изолированные жилы, основание и общую оболочку из огнестойкого ПВХ, который обладает хорошими свойствами для уменьшения распространения пламени. Механические свойства этих кабелей соответствуют требованиям стандарта BS EN 60811: 1995.

Небронированный огнестойкий ПВХ

Неармированный огнестойкий ПВХ чрезвычайно полезен там, где необходимо передать ряд сигналов термопары обратно в прибор. Все кабели имеют изолированные жилы, основание и общую оболочку из огнестойкого ПВХ, который обладает хорошими свойствами для уменьшения распространения пламени. Механические свойства этих кабелей соответствуют требованиям стандарта BS EN 60811: 1995.

Термопары и компенсационные кабели от компании Термоэлемент

Компания Термоэлемент производит термопары по индивидуальному заказу, так что вы можете сразу указать нужные параметры конструкции, изоляцию и длину кабеля для подключения и измерения температуры с максимальной точностью. Но для удлинения кабеля у нас также имеются в ассортименте компенсационные кабели для термопар, посмотреть параметры наших кабелей вы можете на странице товара.

Источник

Термопары и термокомпенсационные провода

Для измерения температурных показателей нагревательного устройства термопарой, ее следует подсоединить к вторичному измеряющему устройству. Измерительное устройство зачастую устанавливается на некотором расстоянии от термопары. Обычную медь в качестве проводов для подключений применять не рекомендуется. При совмещении медных проводков с выводами термопары измерительные данные будут иметь большую погрешность. Для таких целей прибегают к использованию специальных удлиненных проводов, которые в паре с соответствующими электродами исключают вероятность погрешности. Можно использовать провода, состоящие из таких же материалов, как и электроды термопары, или другие материалы, развивающие в заданном температурном интервале аналогичную термо-ЭДС, что и термопара. Данные приспособления относятся к компенсаторным материалам. Следует отметить, что в условиях использования проводков с такого же сплава, как и электроды термопары, обеспечивается более точное измерение.

Положительный электрод термопары ЖК и отрицательный электрод термопары типа ХА имеют магнитные свойства.

Термопара ТПР не требует установки компенсационного провода, в условиях повышенной температуры окружающей среды необходимо применение жаропрочного кабеля категории КМЖ 2х1, в состав которого входят медные жилы.

Подключая любой тип термопары, следует обращать внимание на полярность. Несоблюдение полярности в условиях перегрева свободных концов термоэлектрического преобразователя приведет к увеличению коэффициента погрешности. Чтобы избежать ошибки в процессе определения полярности и выборе типа удлиненного провода, производители выпускают их в виде двухжильных кабелей с разной расцветкой оболочки каждой отдельной жилы. Цвет провода зависит от цвета изолятора либо обозначается цветной нитью на оплетке. Помимо всех этих обозначений, у некоторых проводов положительные электроды маркируют продольной полоской по всей его длине.

Зависимо от температурных условий, для которых предназначен тот или иной вид термопары изоляция удлинительных кабелей/проводов производится из разных материалов. Для осуществления правильного подбора кабеля или провода важно точно знать производимую термическую нагрузку и условия, в которых будет производиться эксплуатация. От температуры эксплуатации зависит подбор маркировки.

Для проводов ПТВ, ПТГВВ, ПТВВ используют виниловый изоляционный материал, относящийся к ПВХ-пластикатам. Такой тип изоляции способен выдержать температуру до 70 градусов. Специально изготовленный пластикат с характеристиками высокой теплостойкости можно эксплуатировать при температурной нагрузке до 105 градусов.

Провода ПТФФ и ПТФФГ требуют более стойкого изолятора, поэтому в данном случае используют фторопласты, выдерживающие температуры до 200 градусов, а специального производства фторопласты способны выдерживать даже температуры до 250 градусов. Такую температурную нагрузку способен выдерживать еще и силикон, который сравнительно с фторопластом обладает еще и мягкими свойствами, что позволяет снизить угол сгибания провода.

Провода и кабели КТМСЭ и ККМСЭ производят с изоляцией из стеклонити, способной выдерживать 400 градусов температуры. Стеклонити, обладающие высокими показателями термостойкости можно использовать при 650 градусах.

Маркировки проводов СФКЭ, КТМСФЭ, КТСФЭ выпускаются в эксплуатацию с комбинированными изоляторами из стеклонити и фторопласта. Температурную нагрузку в таком случае определяет материал, обладающий меньшими значениями выдержки.

Если в маркировке кабеля есть обозначение «Г» то, это значит, что кабель обладает гибкостью, а жила состоит из семи или даже больше проволок. Такая конструкция отлично подходит для нестационарных прокладок и удобна при монтаже.

Обозначение «Э» говорит о том, что между слоями изоляции кабеля или провода нанесен экран, выполняющий защиту от помех электромагнитного характера, которые способны влиять на показания термопары. Экран обычно изготавливают из луженой меди либо нержавеющего металла. Стальной экран способен не только производить защиту от помех, но и повышает стойкость кабеля к механическим повреждениям.

Источник

Термопара принцип работы

Термопара – это устройство для измерения температур во всех отраслях науки и техники.

Устройство термопары

Принцип работы термопары. Эффект Зеебека

Работа термопары обусловлена возникновением термоэлектрического эффекта, открытым немецким физиком Томасом Зеебеком (Tomas Seebeck) в 1821 г. Явление основано на возникновении электричества в замкнутом электрическом контуре при воздействии определенной температуры окружающей среды.

Электрический ток возникает при наличии разницы температур между двумя проводниками (термоэлектродами) различного состава (разнородных металлов или сплавов) и поддерживается сохранением места их контактов (спаев). Устройство выводит на экран подсоединенного вторичного прибора значение измеряемой температуры.

Выдаваемое напряжение и температура находятся в линейной зависимости. Это означает, что увеличение измеряемой температуры приводит к большему значению милливольт на свободных концах термопары.

Находящийся в точке измерения температуры спай называется «горячим», а место подключения проводов к преобразователю — «холодным».

Компенсация температуры холодного спая (КХС)

Компенсация холодного спая (КХС) – это компенсация, вносимая в виде поправки в итоговые показания при измерении температуры в точке подсоединения свободных концов термопары. Это связано с расхождениями между реальной температурой холодных концов с вычисленными показаниями градуировочной таблицы для температуры холодного спая при 0°С.

КХС является дифференциальным способом, при котором показания абсолютной температуры находятся из известного значения температуры холодного спая (другое название эталонный спай).

Конструкция термопары

При конструировании термопары учитывают влияние таких факторов, как «агрессивность» внешний среды, агрегатное состояние вещества, диапазон измеряемых температур и другие.

Особенности конструкции термопар:

1) Спаи проводников соединяются между собой скруткой или скруткой с дальнейшей электродуговой сваркой (редко пайкой).

2) Термоэлектроды должны быть электрически изолированы по всей длине, кроме точки соприкосновения.

3) Способ изоляции подбирается с учетом верхнего температурного предела.

• До 100-120°С – любая изоляция;
• До 1300°С – фарфоровые трубки или бусы;
• До 1950°С – трубки из Al2O3;
• Свыше 2000°С – трубки из MgO, BeO, ThO2, ZrO2.

4) Защитный чехол.

Материал должен быть термически и химически стойким, с хорошей теплопроводностью (металл, керамика). Использование чехла предотвращает коррозию в определенных средах.

Удлиняющие (компенсационные) провода

Данный вид проводов необходим для удлинения концов термопары до вторичного прибора или барьера.

Провода не используются в случае наличия у термопары встроенного преобразователя с унифицированным выходным сигналом.

Материал проводов может совпадать с материалом термоэлектродов, но чаще всего заменяется на более дешевый с учетом условий, предотвращающих образования паразитных (наведенных) термо-ЭДС. Применение удлиняющих проводов также позволяет оптимизировать производство.

Схема подключения термопары

• Подключение потенциометра или гальванометра непосредственно к проводникам.
• Подключение с помощью компенсационных проводов;
• Подключение обычными медными проводами к термопаре, имеющей унифицированный выход.

Стандарты на цвета проводников термопар

Цветная изоляция проводников помогает отличить термоэлектроды друг от друга для правильного подключения к клеммам. Стандарты отличаются по странам, нет конкретных цветовых обозначений для проводников.

Точность измерения

Точность зависит от вида термопары, диапазона измеряемых температур, чистоты материала, электрических шумов, коррозии, свойств спая и процесса изготовления.

Термопарам присуждается класс допуска (стандартный или специальный), устанавливающий доверительный интервал измерений.

Быстродействие измерения

Быстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора.

Факторы, увеличивающие быстродействие:

1. Правильная установка и расчет длины первичного преобразователя;
2. При использовании преобразователя с защитной гильзой необходимо уменьшить массу узла, подобрав меньший диаметр гильз;
3. Сведение к минимуму воздушного зазора между первичным преобразователем и защитной гильзой;
4. Использование подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем;
5. Быстро движущаяся среда или среда с большей плотностью (жидкость).

Устройство и принцип действия

Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай. Схематически устройство изображено на рисунке 1.

Особенности устройства промышленной термопары

Термодатчики изготавливаются по большей части из неблагородных металлов. От воздействия внешней среды их закрывают трубой с фланцем, служащим для крепления прибора. Защитная арматура предохраняет проводники от влияния агрессивной среды и делается без шва. Материалом служит обычная (до 600ºС) или нержавеющая (до 1100ºС) сталь. Термоэлектроды изолируют друг от друга асбестом, фарфоровыми трубками или керамическими бусами.

Если терминал расположен близко, то провода термопары подключаются к нему напрямую, без дополнительных разъемов. При расположении измерительного прибора на удалении, при включении его в цепь свободные концы термопары размещаются в литой головке, прикрепленной к защитной трубе. Внутри располагаются латунные клеммники на фарфоровом основании для подключения компенсационных проводов, изготовленных из таких же материалов, что и термоэлектроды, но не обладающих точными и строго контролируемыми характеристиками. Они имеют меньшую стоимость и большую толщину. Их вводят в головку через штуцер с асбестовой прокладкой. Керамика служит для выравнивания температуры во всех местах соединения. Сверху располагается резьбовая защитная крышка с герметичным уплотнением.

На провода нельзя устанавливать обжимные оконцеватели, поскольку они могут ухудшить точность показаний. Из проволоки делают кольцо и зажимают его под винт.

Корректировка изменения температуры на клеммах может производиться электронным прибором, что повышает точность измерений.

Недостатки термопары

Недостатков у термопары не так много, в особенности если сравнивать с ближайшими конкурентами (температурными датчиками других типов), но все же они есть, и было бы несправедливо о них умолчать.

Так, разность потенциала измеряется в милливольтах. Поэтому необходимо применять весьма чувствительные потенциометры. А если учесть, что не всегда приборы учета можно разместить в непосредственной близости от места сбора экспериментальных данных, то приходится применять некие усилители. Это доставляет ряд неудобств и приводит к лишним затратам при организации и подготовке производства.

Принцип работы термопары

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Погрешность измерений

Правильность температурных показателей, получаемых с помощью термопары, зависит от материала контактной группы, а также внешних факторов. К последним можно отнести давление, радиационный фон либо иные причины, способные повлиять на физико-химические показатели металлов, из которых изготовлены контакты.

состоит из следующих составных частей:

случайная погрешность, вызванная особенностями изготовления термопары;

погрешность, вызванная нарушением температурного режима «холодного» контакта;

погрешность, причиной которой послужили внешние помехи;

погрешность контрольной аппаратуры.

Устройство и принцип действия термопары

Действительно, постоянно находиться в зоне открытого пламени может далеко не каждый материал. Термоэлемент же изготовлен из металла, точнее, из нескольких металлов, поэтому высокой температуры не боится. При работе газовой котельной установки без него никак не обойтись, выход из строя термопары означает полную остановку агрегата и немедленный ремонт. Все дело в том, что термоэлемент работает совместно с электромагнитным отсекающим клапаном, перекрывающим вход в топливный тракт. Стоит только этой детали выйти из строя, как клапан закроется, подача топлива прекратится и горелочное устройство потухнет.

Чтобы лучше понять принцип работы термопары газового котла, стоит рассмотреть схему, представленную на рисунке.

В основе этого принципа лежит следующее физическое явление: если надежно соединить между собой 2 разнородных металла, а потом место соединения нагревать, то на холодных концах этого спая появится разница потенциалов, то есть, напряжение. А при подключении к ним измерительного прибора цепь замкнется и возникнет постоянный электрический ток. Напряжение будет совсем небольшим, но этого вполне достаточно, чтобы в чувствительной катушке электромагнитного клапана возникла индукция и он открылся, позволяя топливу пройти к запальнику.

Для справки. Некоторые современные электромагнитные клапаны настолько чувствительны, что остаются открытыми, пока напряжение на входе не станет ниже 20 мВ. Термоэлемент в обычном рабочем режиме вырабатывает напряжение порядка 40—50 мВ.

Соответственно, устройство термопары газового котла основано на описанном явлении, носящем название эффекта Зеебека. Две детали из различных металлов прочно соединяются между собой в одной или нескольких точках, при этом качество соединения играет большую роль. Оно влияет на рабочие параметры элемента и долговечность его эксплуатации. Место соединения и будет той самой рабочей частью, помещаемой в зону открытого огня.

Поскольку для изготовления термоэлементов применяется множество различных пар металлов, не вдаваясь в подробности, отметим, что в термопаре для газового котла используется пара хромель – алюминий. К холодным концам этих металлов приварены проводники, заключенные в защитную оболочку. Второй конец проводников вставляется в соответствующее гнездо автоматики агрегата и закрепляется с помощью зажимной гайки.

В процессе розжига запальника и горелки газового котла для подачи топлива мы открываем электромагнитный клапан вручную, нажимая на его шток. Газ попадает на запальник и поджигается, а термопара находится рядом и нагревается от его пламени. Спустя 10—30 сек кнопку можно отпускать, так как термоэлемент уже начал вырабатывать напряжение, удерживающее шток клапана в открытом состоянии.

Схема подключения термопары

Наиболее распространенными способами подключения измерительных приборов к термопарам являются так называемый простой способ, а также дифференцированный. Суть первого метода заключается в следующем: прибор (потенциометр или гальванометр) напрямую соединяется с двумя проводниками. При дифференцированном методе спаивается не одни, а оба конца проводников, при этом один из электродов «разрывается» измерительным прибором.

Нельзя не упомянуть и о так называемом дистанционном способе подключения термопары. Принцип работы остается неизменным. Разница лишь в том, что в цепь добавляются удлинительные провода. Для этих целей не подойдет обычный медный шнур, так как компенсационные провода в обязательном порядке должны выполняться из тех же материалов, что и проводники термопары.

Как работает датчик пламени в газовом котле

Датчик ионизации пламени – прибор, который призван обеспечить безопасную работу газового котельного оборудования. Устройство следит за наличием огня, и при обнаружении отсутствия пламени автоматически отключает котел. Принцип работы датчика пламени газового котла предусматривает следующее:

• функционал основан на образовании ионов и электронов при зажигании пламени. Образование ионного тока вызывает процесс притягивания ионов к электроду ионизации. Устройство подключается к датчику контроля горения;
• если при проверке датчиком контроля горения обнаруживается образование достаточного уровня ионов, это означает, что котел работает в штатном режиме. В случае снижения уровня ионов датчик блокирует работу котельного оборудования.

К ключевым причинам срабатывания датчика ионизации относят загрязнение клапана и некорректное соотношение уровня «газ-воздух». Также это происходит при оседании большого количества пыли на устройстве розжига.

Основные типы термопар для газового котла

При изготовлении термоэлектрических преобразователей применяют сплавы благородных и неблагородных металлов. Для конкретных диапазонов рабочих температур используют определенные группы сплавов.

В зависимости от металлических пар, применяемых при изготовлении, приборы делятся на несколько типов.

Для работы котельного оборудования на газовом топливе чаще всего используют следующие типы устройств:

• термопара типа E. Заводская маркировка ТХКн, представляет собой пластины из хромеля и константана. Прибор предназначен для температурного диапазона от 0°C и до +600°C;
• тип J. Предусматривает композицию из железа и константана, маркировка ТЖК. Используется для рабочих температур в пределах от -100°C и до +1200°C;
• тип Kс маркировкой ТХА, изготавливается на основе пластин из хромеля и алюмеля. Температурный диапазон применения термопары типа Kзначительный – от -200°C и до +1350°C;
• тип Lс маркировкой ТХК. Элементы конструкции представляют собой хромель и копель. Устройство предназначено для температур от -200°C и до +850°C.

Термопара для газового котла типа J

Следующие образцы продукции находят применение в сфере тяжелой промышленности:

• тип Sс маркировкой ТПП10 представляет собой композицию платинородий-платина. Применяется в установках при температурном режиме до +1700°C;
• тип Bс маркировкой ТПР состоит из композиции пластин платинородий-платинородий. Продукт предназначен для температурного диапазона от -100°C и до +1800°C.

Также изготавливаются и другие варианты аналогичных приборов из сплавов благородных металлов, которые актуальны в тяжелой промышленности и литейном производстве.

Термопара в системе газового контроля

При эксплуатации газового оборудования требуется энергонезависимая автоматика, что способствует оперативному перекрытию подачи газа в случае, если внезапно погаснет пламя. В современных отопительных котлах с газовой горелкой предусмотрена система газ-контроль, которая включает в себя электромагнитный клапан и термопару. К составным элементам электроклапана относятся:

• сердечник с обмоткой;
• колпачок;
• возвратная пружина;
• якорь;
• резинка, перекрывающая подачу газа.

При нажатии на кнопку подачи газа, шток заглубляется внутрь катушки и заряжается пружина. По регламенту клапан подачи следует удерживать около 30 секунд, чтобы термопара прогрелась, и на концах образовалось напряжение для удержания клапана внутри катушки. Термопара начинает остывать, если гаснет горелка. Что дальше происходит:

• это сопровождается уменьшением напряжения на концах термопары;
• возвратная сила пружины превышает электромагнитную силу, которая удерживает шток внутри катушки;
• клапан возвращается в исходное положение и перекрывается подача газа.

В этом заключается работа термопары в газовом котле. Система газ-контроль на термопаре отличается высокой надежностью, в том числе и благодаря тому, что она способна функционировать без подключения к энергосети.

Источник