Термопары

Термопара представляет собой температурный датчик, с выхода которого непосредственно снимается сигнал напряжения, пропорциональный температуре. При этом не требуется дополнительный источник питания, так как выходное напряжение возникает вследствие термоэлектрических свойств металлов. В зависимости от температуры выпускаются различные типы термопар.

Нормирующий токовый преобразователь может быть установлен непосредственно в головку. Для подключения к вторичному электронному оборудованию (контроллеру, индикатору, регистратору и т.д.) необходимо использовать специальный кабель с термоэлектрической компенсацией.

Термопары применяются при температурах от -100 °С до +1500 °С (в зависимости от типа прибора, типа термопары и материалов, контактирующих с измеряемой средой.

В настоящее время выпускаются термопреобразователи с номинальной статической характеристикой (НСХ) по ГОСТ 6616-94 ТПП(S),(R) и ТПР (В) с термоэлектродами Пл-Т/ПР-10 (13) и ПР-6/ПР-30 по ГОСТ 10821-75 соответственно для измерения температур до 1600 ⁰С. По конструктивному исполнению преобразователи выпускаются в виде бескорпусных термопар (термоэлектроды в керамических изоляторах) и термопар с защитными чехлами (бескорпусная термопара помещена в один или два защитных керамических чехла, соединенных с головкой посредством металлической трубы).

Бескорпусные термопары типа ТПП обладают достаточной устойчивостью в окислительной среде до 1300 ⁰С, однако водород, сера, углеродосодержащие газы и металлические примеси (свинец, цинк, медь, железо), а также фосфор, кремний и мышьяк приводит к изменению ее НСХ и ухудшению механических свойств. Бескорпусные термопары типа ТПР интервал рабочих температур до 1600⁰С, имеет несколько меньшую по сравнению с ТПП термо-ЭДС и более высокую стойкость к охрупчиванию. Их не рекомендуется применять в восстановительных средах при температуре свыше 1200⁰С.

Бескорпусные термопары выпускаются с керамическими изоляторами в виде бус (гибкие) ТПП/1-0679-01Б и ТПР/1-0679-01Б и в виде сплошной двухканальной изолирующей соломки ТПП/1-0679-01С и ТПР/1-0679-01С. Последние в основном используются как сменные термовставки для термопар с защитными чехлами. Применение сплошной (без разрывов) керамической соломки повышает надежность и стабильность термопар за счет уменьшения загрязнений и исключения переноса родия с одного на другой электрод. Долговечность термопары зависит от толщины (диаметра) электродов, воздействующей на них температуры объекта и химического состава измеряемой среды. (рис. 6.17.) Т.к. стоимость платиновых электродов значительная, а распределение температуры контролируемой среды по длине термопары изменяется (обычно нелинейно) от максимальной у рабочего конца до комнатной у головки, чаще выпускаются бескорпусные термопары с переменным сечением по длине.

Зависимость срока службы термопары от диаметра d термоэлектродов	Распределение температуры по длине термопары

Рис. 6.17.

Для повышения надежности работы термопар бескорпусные термопары помещают в один или два керамических чехла, которые защищают ее от агрессивной высокотемпературной среды. Механическая прочность и стойкость к изменениям температуры керамических чехлов ниже, чем у металлических, поэтому монтаж и демонтаж их необходимо выполнять осторожно при медленном нагреве и охлаждении. Керамические чехлы необходимо проверять через определенные промежутки времени. При агрессивных газах даже мельчайшие волосяные трещины в защитном чехле могут оказаться опасными для термопары. В целом подбор материала защитного чехла или комбинации чехлов индивидуален для каждого предприятия, зависит от химического состава среды и температуры. Предприятием при изготовлении термопар используются импортные керамические чехлы производства Германии, которые существенно превосходят по качеству отечественные, такие как КВПТ, и позволяют значительно увеличить срок службы высокой по стоимости термопары.

Применение платинового наконечника в качестве защитного чехла позволяет избежать разрушения наружного чехла вследствие быстрых колебаний температуры расплава (особенно в устройствах отбора стекла), повысить скорость измерения и отследить резкие колебания температуры, повышая тем самым качество продукции.

Для измерения высоких температур в вакуумных печах и печах под давлением выпускаются термопары ТПП/ТПР-0679Г. Конструкция данных термопар предусматривает уплотнения внутреннего и наружного чехла, что позволяет проводить измерения температуры объекта, находящегося под давлением до 0.3 МПа.

Для измерения температуры одновременно в нескольких точках объекта выпускаются многозонные термопары ТПП/ТПР-0679М, где в одном чехле могут быть размещены до 3х термопар, разнесенных по длине. Расстояние между рабочими концами термопар указываются при заказе.

Для измерения температуры расплавов алюминия, цинка и других цветных металлов, а также расплавов хлоридов, сульфатов, сульфитов и измерения температуры в агрессивных средах хлора, азота предприятием выпускаются темопары ТПП/1-0679Ф с рабочей температурой до 1100 ⁰С, у которых в качестве наружного чехла используется камнелитный неметаллический материал фторфлогопит.

Для подключения термопар используется алюминиевая головка с керамической колодкой со степенью защиты IP54 по ГОСТ 14254-96, выдерживающая температуру до 250 ⁰C.

По габаритным, температурным и электрическим параметрам термопары уступают терморезисторам.