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 разрабатывается в международной рабочей группе 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" >>>