Кабельные термопары
Кабельные термопары это в настоящее время самый распространенный тип термоэлектрических датчиков температуры. Кабельные термопары применяются практически во всех отраслях промышленности в очень широком диапазоне температур. С чем связана популярность данного средства измерения? В чем его преимущество перед обычными промышленными термопарами в жестком керамическом корпусе?
Визуально кабельная термопара представляет собой гибкую металлическую трубку с контактами с одной стороны для подключения к вольтметру. Конструктивно, в этой трубке расположены термоэлектроды, сваренные на одном конце и изолированные между собой по всей длине мелкодисперсной уплотненной минеральной изоляцией. Термоэлектродов может быть одна пара, а может быть две или три пары. Сама конструкция кабельной термопары определяет ее основное преимущество: гибкость и герметичность корпуса. Кроме того, возможно изготовление кабельных термопар очень большой длины. Важно также, что благодаря тонкому корпусу и изоляции такие термопары отличаются на много меньшей тепловой инерционностью по сравнению с промышленными жесткими керамическими термопарами. Требование к гибкости термопары – одна из основных характеристик ее качества. Кабельная термопара должна без повреждений наматываться на керн диаметром в шесть раз больше ее диаметра. Таким образом, если диаметр термопары 3 мм, то она может навиваться на трубку 18 мм.
Международное обозначение термопарного кабеля и кабельной термопары – MIMS, что означает “mineral-insulated metal-sheathed” (минеральная изоляция - металлическое покрытие). Для того, чтобы обеспечить соответствие новой продукции международным нормам качества, кабели для термопар и кабельные термопары должны изготавливаться по специальным нормативным документам. Одним из важнейших является стандарт IEC 61515 “Mineral insulated metal sheathed thermocouple cables and thermocouples” (МЭК 61515). Данный стандарт разработан международной рабочей группой МЭК ТК65В/РГ5. Новая версия выпущена в обращение в апреле 2016 г.
Какие основные требования предъявляются к кабелям для термопар в международном стандарте? Нормируются следующие характеристики:
|
характеристика |
требование МЭК 61515 (2016) |
|
материал минеральной изоляции |
оксид магния или алюминия чистотой не хуже 96% |
|
размеры сечения кабеля: диаметр внешней трубки и термоэлектродов |
минимальный диаметр двужильного кабеля 0,5 мм. Максимальный 10,8 мм. |
|
материал термоэлектродов |
по МЭК 60584-1 для типов T, J, E, K, N |
|
гибкость термопары |
кабель должен выдерживать без повреждения намотку (мин. 3 витка) на керн диаметром в шесть раз больше диаметра кабеля. |
|
сопротивление изоляции кабеля при комнатных температурах |
от 1000 до 10000 Мом.м в зависимости от диаметра кабеля |
|
сопротивление изоляции кабеля при повышенных температурах |
при 300 °С от 150 до 1000 Мом.м в зависимости от диаметра кабеля при 1000 °С от 0,03 до 0,06 Мом.м в зависимости от диаметра кабеля |
|
электрическая прочность изоляции |
от 100 до 500 В в зависимости от диаметра кабеля |
|
герметичность корпуса кабеля |
тестируется методом погружения кабеля в воду |
|
герметичность сварного конца термопары |
тестируется либо методом погружения горячей термопары в воду, либо погружением спая в жидкий азот, либо заполнением инертным газом при повышенном давлении, |
|
вибропрочность, ударопрочность |
тестируется в соответствии со специальными стандартами |
Необходимо отметить, что стандарт МЭК 61515 нормирует только характеристики термопар при выпуске из производства и не нормирует свойства термопар при их эксплуатации.
Стабильность кабельных термопар зависит от качества их изготовления, материала оболочки, материала термоэлектродов и, в очень большой степени, от диаметра кабеля.
Исследования показывают, что изменение термо-э.д.с. кабельных термопар в оболочке из высоконикелевых сплавов при высоких температурах значительно меньше, чем у обычной термопары при той же температуре. Повышенная стабильность кабельных термопар объясняется герметичностью оболочки и сниженным количеством кислорода внутри кабеля, затрудняющим окисление термоэлектродов. Герметичная металлическая оболочка и минеральная изоляция обеспечивают также усиленную защиту термоэлектродов от воздействия агрессивной рабочей среды и позволяет использовать термопары в условиях повышенных давлений.
Максимальная температура применения зависит как от материала термоэлектродов, так и от материала оболочки и диаметра кабеля. Самыми высокотемпературными из кабельных термопар из неблагородных металлов являются нихросил-нисиловые термопары в оболочке из высоконикелевого сплава, например, Alloy 600. Они могут длительное время выдерживать температуру 1150 °С (для диаметра свыше 4,5 мм). Тонкие термопары этого же типа, диаметром 0,5 - 4,5 мм, имеют предел рабочих температур 700 °С.
Отчет о заседании Российской группы экспертов по стандарту МЭК 61515 можно посмотреть по ссылке: Совещания РГЭ
Основным вопросом совещания было обсуждение проекта стандарта МЭК 61515 (Термопарные кабели и кабельные термопары). С докладом о последней версии проекта и об участии РГЭ в разработке проекта выступила координатор работы РГЭ Моисеева Н.П.
Публикуем содержание презентации "Разработка стандарта МЭК 61515".
Стандарт МЭК 61515 (кабели и кабельные термопары с миниральной изоляцией) можно заказать по ссылке IEC 61515:2016 (Mineral insulated thermocouple cables and thermocouples).
Перейти в раздел "Международные стандарты МЭК" >>
Перейти в раздел "Контактные датчики температуры основных типов" >>>
Перейти в раздел "Контактные датчики других типов">>>
Перейти в раздел "Поверка и калибровка" >>>