Принцип действия. Термопары из КТМС

10 January

Обычно при измерении высоких температур (от 300-400 °С) в промышленности используют термопары. Срок службы этих датчиков температуры напрямую зависит от того, насколько термоэлектроды сохранили свои свойства. В первую очередь - химический состав. Чем выше температура, тем интенсивнее окисляются термоэлектроды - в составе появляются оксиды металлов, и тем быстрее датчик начинает “врать”. То есть погрешность измерения становится больше заявленной. Также огромную роль играет среда, с которой контактирует датчик.

Например, в абсолютном большинстве печей в топке, где измеряется температура, присутствует главный природный окислитель - кислород. Чем выше температура, тем “агрессивнее” этот газ, он лучше образует оксиды, разрушает сплавы. А самые распространенные термоэлектроды - как раз из сплавов хрома, никеля, меди (ХА -К, ХК-L, НН-N и др.)

Оксиды атакуют термопару
Оксиды атакуют термопару

Получается, что при выборе термопары нужно искать датчик с максимальной защитой термоэлектродов от кислорода и других агрессивных газов. А вот самые бюджетные термопары - ДТПХХ1 - как раз такой защиты и не имеют…

Хорошо. Мы можем приобрести термопару в защитном чехле. Таких предостаточно. Чехлы изготавливаются из различных сталей, сплавов, керамики… Но опять же, это решит проблему лишь частично. Чем выше температура, тем больше расширяется чехол термопары, тем больше свободного места для того, чтобы к нашим термоэлектродам “пролезли” зловредные окислители. Значит, для максимальной защиты термоэлектродов необходимо поставить как можно больше преград для газов. Но тут начинает играть роль другой фактор - тепловая инерция. Да, мы можем поместить термопару в толстостенный чехол из бетона, например, тем самым хорошо защитив ее. Но тогда датчик будет очень мееедленно реагировать на изменение температуры в печи - из-за очень толстой стенки чехла (но если необходимо измерять температуру расплавленного алюминия, то такой датчик ведет себя неплохо и часто это единственное “долгослужащее” решение).

Термопара в толстом защитном чехле
Термопара в толстом защитном чехле

Но для измерения температуры газов этот вариант не подойдет - контроллер или терморегулятор управления печью просто не смогут адекватно управлять нагревом. Потому что для управления печью лучше всего знать реальную температуру в топке/зоне топки. Хотя бы с небольшой задержкой.

То есть - нужно максимально затруднить продвижение вызывающих коррозию газов к термоэлектродам, с одной стороны, а с другой - скорость реакции датчика должна быть максимально возможной.

И решение было найдено: КТМС!

Структура КТМС
Структура КТМС

Аббревиатура расшифровывается как “Кабель Термопарный с Минеральной изоляцией в Стальной оболочке”. Внутри тонкого металлического цилиндра находятся термоэлектроды. Но они оболочки( обычно она изготавливается из нержавеющей жаростойкой стали) не касаются - пространство между ними и оболочкой заполнено оксидом магния - периклазом. Он очень мелкий, как мука. У него его есть замечательные свойства - высокая теплопроводность и нейтральность к термоэлектродам, то есть ни при каких условиях он не вступит в реакцию с термопарой и не ухудшит ее свойств. Этот периклаз набит внутрь КТМС очень плотно, свободного места - а значит и прохода для кислорода - там практически нет. Из-за этого и скорость реакции датчика высока - тепло быстро передается термоэлектродам!

Благодаря такой конструкции при тепловом расширении частиц порошка микропространства между “песчинками” будут только уменьшаться. Кислород и его союзники не пройдут!

"Злым" окислителям пробраться к термоэлектродам внутри КТМС непросто...
"Злым" окислителям пробраться к термоэлектродам внутри КТМС непросто...

К тому же, КТМС можно гнуть. Часто это необходимо для того, чтобы измерять температуру в какой-нибудь отдаленной точке агрегата, куда не установить обычную термопару.

Для еще бОльшего увеличения срока службы своих датчиков компания ОВЕН выпускает термопары с измерительным узлом из КТМС плюс дополнительная защита в виде металлической или керамической газоплотной арматуры.

Диаметр КТМС - 3 или 4,5 мм; диаметр арматуры - 10 или 20 мм.

Такая конструкция является одной из лучших в промышленности, термоэлектроды защищены очень надежно. Это обеспечит бесперебойную службу термопар на долгое время. Например, гарантийный срок и межповерочный интервал на термопары ХК (L) на основе КТМС от ОВЕН составляет 5 лет!

Все термопары на основе КТМС в чехлах >тут<

Автор статьи: Алексей Сидорцев