Termoelemek: A termoelemek az iparban használt egyik legnépszerűbb hőmérséklet-érzékelők. A termoelem definíciója szerint két különböző anyagból készült vezetékből álló elemet értünk alatta. Az egyik vége az úgynevezett mérőcsatlakozáshoz csatlakozik, a másik oldalon lévő szabad végek pedig olyan csatlakozók, amelyeken a termoelektromos hatásból eredő feszültséget mérik. Ez a feszültség arányos a mérőcsatlakozás és a csatlakozók közötti hőmérsékletkülönbséggel. A termoelektromos hatás, amely a termoelemekben jelentkezik, a potenciálkülönbség - feszültség -, amely két különböző fém összekapcsolásával és különböző hőmérsékletű elhelyezésével jön létre. Ez a feszültség függ az anyag típusától és a hőmérsékletkülönbségtől, amelyben elhelyezik őket. A termoelemeket, más néven termoelektromos hőmérséklet-érzékelőket a legtöbb esetben magas, ezer Celsius-fokot meghaladó hőmérsékleten való használatra szánják. A gyártáshoz használt anyag miatt többféle termoelemtípust különböztetnek meg, például a K típusú termoelemet vagy az ugyancsak népszerű J típusú termoelemet. A felhasznált anyag típusa határozza meg azt az üzemi hőmérsékletet is, amelyre bizonyos termoelemeket szánnak.
A termoelemek általában két anyag kombinációjából készülnek, átmérőjük 0,2-5 mm. Ha nemes anyagokat, például ródiumot vagy platinát használnak, a méretek 0,1 és 0,5 mm között változnak. A termoelem anyagának kiválasztásakor figyelembe kell venni, hogy magas SEEBECK-együtthatóval rendelkezzen, és a hőmérséklet a legkevésbé befolyásolja az értékét, ami lehetővé teszi a lineáris karakterisztikát. A megfelelő termoelem anyagát a mért hőmérséklettartománytól függően kell kiválasztani. Az érzékelő külső burkolata nagyon magas hőmérsékletnek van kitéve, ezért különböző acélfajtákat kell használni. A legmagasabb hőmérsékleteken a termoelem köpenye hőálló acélból vagy kerámia anyagból készül. Az ilyen burkolatnak ellenállónak kell lennie a korrózióval, a hősokkkal és a mechanikai sérülésekkel szemben. A termoelem korróziójának elkerülése érdekében kívánatos tulajdonság a gázok átjárhatatlansága, ami jelentősen felgyorsíthatja a termoelem öregedési folyamatát. Vannak nyitott teljesítmények is, amelyeket a dinamikus hibák csökkentésére használnak. Speciális mérések esetén, mint például folyékony fémek, üveg vagy folyékony acél hőmérsékletének mérése, rendkívül speciális termoelemeket használnak, amelyeket szintén kínálunk.
Mint korábban említettük, a termoelemeket vagy termoelemeket több típusra osztják a felépítésükhöz használt anyagok szerint. A felhasznált fémnek vagy ötvözetnek meg kell felelnie bizonyos követelményeknek, például:
A termoelemek típusait ezen kívül a megfelelő csoportokba sorolják, amelyek az érzékelő üzemi hőmérsékletében különböznek egymástól:
A fémek nagyszámú lehetséges kombinációjából néhányat kiválasztottak, és azok tulajdonságait használták, különösen a számos feszültséget és tűrést. A következő termoelemek a termoelem feszültségét és annak tűréshatárait tekintve a világszabványokban (IEC) és az európai vagy nemzeti szabványokban szabványosítottak.
|
Termoelem típusa |
Maximális |
Max. |
Pozitív útmutató |
Negatív útmutató |
|
|
Fe-CuNi |
"J" |
750 °C |
1200 °C |
fekete |
fehér |
|
Ce-CuNi |
"T" |
350 °C |
400 °C |
barna |
fehér
|
|
NiCr-Ni |
"K" |
1200 °C |
1370 °C |
zöld |
fehér
|
|
NiCr-CuNi |
"E" |
900 °C |
1000 °C |
lila |
fehér |
|
NiCrSi-NiSi |
"N" |
1200 °C |
1300 °C |
rózsaszín |
fehér
|
|
Pt10Rh-pet |
"S" |
1600 °C |
1540 °C |
narancssárga |
fehér
|
|
Pt13Rh-pet |
"R" |
1600 °C |
1760 °C |
narancssárga |
fehér
|
|
Pt30Rh-Pt6Rh |
"B" |
1700 °C |
1820 °C |
szürke |
fehér
|
|
Hőelem prema DIN EN 60 584 |
|||||
|
Hőelem típus |
Maximális |
Max. |
Pozitív útmutató |
Negatív útmutató |
|
|
Fe-CuNi |
"L" |
700 °C |
900 °C |
piros |
kék |
|
Ce-CuNi |
"NA" |
400 °C |
600 °C |
piros |
barna |
|
Hőelemek szerint DIN 43 710 |
|||||
|
Hőelem |
Típus |
Elkülönítés |
Pozitív útmutató |
Negatív útmutató |
|
Cu-CuNi |
"T" |
barna |
barna |
fehér |
|
Fe-CuNi |
"J" |
fekete |
fekete |
fehér |
|
NiCr-Ni |
"K" |
zöld |
zöld |
bijeli |
|
NiCrSi-NiSi |
"N" |
rózsaszín |
rózsaszín |
fehér |
|
NiCr-CuNi |
"E" |
lila |
lila |
fehér |
|
Pt10Rh-pet |
"S" |
narancssárga |
narancssárga |
fehér |
|
Pt13Rh-pet |
"R" |
narancssárga |
narancssárga |
fehér |
|
Kompenzációs kábelek hőelemekhez acc DIN EN 60 584 |
||||
|
Hőelem |
típus |
Elkülönítés |
Pozitív vodič |
Negatív útmutató |
|
Fe-CuNi |
"L" |
kék |
piros |
kék |
|
Ce-CuNi |
"NA" |
barna |
piros |
barna |
|
Kompenzációs kábelek hőelemekhez acc DIN 43 713 |
||||
|
Hőelem |
típus |
Elkülönítés |
Pozitív vodič |
Negatív vezető |
|
NiCr-Ni |
"K" |
zöld |
piros |
zöld |
|
Pt10Rh-pet |
"S" |
fehér |
piros |
fehér
|
|
Pt13Rh-pet |
"R" |
fehér |
piros |
fehér
|
|
Kompenzációs kábelek hőelemekhez acc DIN 43 714, Status 1979 |
||||
A termoelemek, vagy termoelemek működési elve az úgynevezett Seebeck-effektus eredménye. Ez a jelenség a szabad elektronok elméletével magyarázható, amely szerint a különböző típusú vezetők különböző sűrűségű szabad elektronokkal rendelkeznek. A termoelemet alkotó két különböző vezető érintkezési pontjánál az elektronok kölcsönös mozgása történik az egyik vezetőről a másikra. A nagyobb sűrűségű vezetőből több elektron mozog a kisebb sűrűségű vezető felé. Az elektronvándorlás intenzitása a két vezető érintkezési pontjának hőmérsékletétől függ, és a hőmérséklet növekedésével nő. A két különböző hőmérsékletű vezetőből álló termoelem áramkörében keletkező elektromotoros erő, amelynek végeit különböző hőmérsékletre állítják be, a képlettel adható meg:
V = (SB-SA) * (T2-T1)
A keletkező elektromotoros erő néhány mikrovolt nagyságrendű.
Celsius-fokonként akár több tíz mikrovolt is lehet.
A termoelemek népszerűségüket nagy pontosságuknak, nagy mérési tartományuknak és rugalmas kialakításuknak köszönhetik, ami lehetővé teszi, hogy a legkülönbözőbb, akár a legnehezebb körülmények között is használhatók legyenek. A piacon kapható termoelektromos érzékelők alaptípusait nagy mechanikai tartósság, egyszerű felépítés és - ami a felhasználó szempontjából fontos - alacsony ár jellemzi. Az iparban leggyakrabban a K-típusú hőelemeket és a J-típusú hőelemeket használják. A termoelemekkel elérhető mérési pontosság ± 1-2 °C tartományban van, ami a legtöbb alkalmazásban meghaladja a szükséges pontosságot. További előnye, hogy a termoelem nem igényel külső tápegységet. Ami különösen fontos, hogy a szabványosított változatok esetében a mérési tartomány -200 és 1800 °C között van, míg a nem szabványosított változatoknál a volfrám-renium ötvözetből, grafitból vagy molibdénből készült termoelemek 1800 és akár 2400 °C közötti hőmérséklet-tartományt is kibírnak. Az ilyen típusú alkalmazásra példa a folyékony alumínium hőmérsékletének mérése.
|
Cu-CuNi |
350 °C |
Alacsony terjedés |
|
Fe-CuNi |
700 °C |
Széles körben használt, olcsó, korrózióra hajlamos. |
|
NiCr-CuNi |
700 °C |
Alacsony diszperzió, magas termoelektromos feszültség. |
|
1000 °C |
Gyakran 800-1000 °C tartományban használják, alacsonyabb hőmérsékleti tartományban is használható. |
|
|
NiCrSi-NiSi |
1300 °C |
(Azonban) nem túl gyakori. Részben helyettesítheti az értékes elemeket.
|
|
Pt10Rh-pet |
1500 °C (1300 °C) |
Magas költség, nagyon jó hosszú távú stabilitás, szigorúan tolerálható. |
|
Pt30Rh-Pt6Rh |
1700 °C |
Magas költség, legalacsonyabb termoelektromos feszültség, magas maximális hőmérséklet. |
A gyakorlatban az alkalmazástól függően a termoelektromos érzékelőket különböző csatlakozófejekkel ellátott kivitelben használják. Attól függően, hogy az érzékelőt hogyan szerelik be, léteznek csavaros és aljzatos változatok.
Megkülönböztetünk A, B, BUZ, BUZH, BBK és J csatlakozófejjel ellátott termoelemeket. Az ilyen fejek egy vagy két termoelemmel készülhetnek.
Ezek a megoldások 100˚C-ot meg nem haladó környezeti hőmérsékleten garantálják a helyes működést, és folyadékokban és gázokban történő hőmérsékletmérésre szolgálnak. A dugaszolható termoelemek esetében a merítőanyag kerámiából vagy hőálló acélból készül, míg a csavart részeknél a merített rész saválló acélból készül. A választás az elem közvetlen környezetében uralkodó körülményektől függ, és a megfelelő választás garantálja a környezeti körülményekkel és a mechanikai igénybevétellel szembeni ellenállást. A csavarfejekben lévő tömítés lehetővé teszi a pozitív és negatív nyomású alkalmazásokban való használatot. A dugaszolható fejek esetében a rendszert speciális karimák tömítik még tovább.
A szabványos vagy bevonatos mérőbetét ásványi szigetelésű, vékonyfalú köpenybe foglalt hajlékony huzalokból készül, a huzalok tűzálló tömörített magnézium-oxidba ágyazva. Ennek eredményeként csökken a dinamikus hiba, ami a rövid, 0,5-0,15 s-os reakcióidő következménye. A kialakítás biztosítja a rezgésállóságot, ami egy ilyen elem hosszú élettartamát jelenti. Ennek a megoldásnak az alapvető alkalmazási területe a vegyi üzemek, de a csővezetékekben végzett hőmérsékletmérések stb. is. Az ügyfél kérésére a fejbe hőmérséklet-jeladó kerül beépítésre.
