Термопарный температурный датчик

Всё ещё встречаю проектантов, уверенных, что термопарный температурный датчик — это просто два провода спаял и засунул в трубу. На деле же даже банальная замена вышедшего из строя сенсора на печи обжига в металлургии может обернуться сутками простоя из-за неправильного подбора материала защитной гильзы.

Почему тип спая K до сих пор доминирует в промышленности

Хотя появились и более точные термопары, например тип S для высоких температур, наш опыт на комбинате ?Северсталь? показал: в 80% случаев хватает проверенного хромель-алюмелевого спая. Диапазон от -200 до +1300°C покрывает большинство процессов, а главное — стабильность показаний при вибрациях. Хотя тут есть нюанс: при длительном использовании выше 800°C начинается постепенная деградация, но это уже вопрос калибровки.

Кстати, о калибровке — мы в ООО Уху Кэньчуань Прибор всегда тестируем партию на термическое старение перед отгрузкой. Недавно отказали китайскому поставщику именно из-за дрейфа показаний после 200 циклов ?нагрев-охлаждение?. Их технологи экономили на отжиге электродов.

Заметил интересное: многие забывают, что для типа K критично состояние изоляции. При намокании магнезиальной изоляции появляются паразитные токи утечки. Как-то раз на химическом заводе в Дзержинске из-за этого три дня искали причину скачков температуры в реакторе — оказалось, конденсат в кабельном канале.

Где чаще всего ошибаются с монтажом

Самая распространенная ошибка — игнорирование глубины погружения. Для труб диаметром меньше 100 мм многие ставят датчик ?как влезет?, а потом удивляются погрешности в 5-7 градусов. Минимум должна быть глубина, равная 8-10 диаметрам чувствительного элемента. Особенно критично для термопарный температурный датчик в малых трубопроводах.

Ещё момент — забывают про тепловое расширение. На печах с температурой выше 600°C обязательно оставлять компенсационный зазор в креплении, иначе через месяц эксплуатации корпус датчика просто треснет. У нас на стенде в Шанхай Кэньчуань Прибор есть образцы с такими дефектами — показываем клиентам как наглядное пособие.

Отдельная история — заземление. Для электромагнитных расходомеров это обязательно, а для термопар часто пренебрегают. Но если рядом силовое оборудование, наводки могут достигать 2-3 мВ, что для типа K эквивалентно 50 градусам погрешности.

Проблемы с переходным сопротивлением

Многие недооценивают важность контактных пар в соединительных головках. Окисление медных клемм — частая причина постепенного дрейфа показаний. Сейчас переходим на позолоченные контакты для ответственных применений, например в системах с термопарный температурный датчик для котлов ТЭЦ.

Забавный случай был на цементном заводе: монтажники использовали алюминиевые клеммы с медными проводами без переходных шайб. Через полгода контакты полностью разрушились от электрохимической коррозии. Пришлось менять всю линию датчиков.

Кстати, в наших последних разработках для ООО Шанхaй Кэньчуань Прибор стали применять подпружиненные контакты — решение дороже, но надёжность выше, особенно для вибрирующего оборудования.

Совместимость с системами управления

До сих пор встречаю споры о необходимости преобразователей. Для аналоговых систем типа КСП конечно можно обойтись без них, но при подключении к современным ПЛК типа Siemens S7-1200 преобразователь сигнала обязателен. Иначе шумы от силовых кабелей гарантированно исказят показания.

На сайте https://www.kenchuang.ru у нас есть технические заметки по этому вопросу — несколько раз переписывали, потому что клиенты постоянно задают одни и те же вопросы по совместимости.

Кстати, про ПЛК — недавно столкнулись с интересным эффектом: при использовании термопар с экранированным кабелем длиной более 30 метров появляется ёмкостная связь между жилами. Решение оказалось простым — ставить согласующие резисторы на входе АЦП, но сколько времени потратили на поиск причины...

Особенности для агрессивных сред

Для химических производств стандартная нержавейка 12Х18Н10Т часто не подходит. Приходится использовать хастеллой или даже титановые гильзы. Помню случай на производстве серной кислоты — через месяц работы обычная нержавейка превратилась в решето.

Сейчас для таких случаев в ООО Уху Кэньчуань Прибор разработали модель с тефлоновым покрытием чувствительного элемента. Дороже на 40%, но срок службы в хлористой среде увеличивается в 3-4 раза.

Важный момент: при использовании защитных гильз всегда учитывайте дополнительную тепловую инерцию. Для быстроменяющихся процессов это может быть критично. Как-то наладили систему для реактора полимеризации — без учёта инерции гильзы регулирование шло вразнос.

Перспективы и что остаётся неизменным

Сейчас много говорят про беспроводные решения, но для термопарный температурный датчик в высокотемпературных применениях проводная схема пока вне конкуренции. Проблема не в передаче данных, а в питании — батареи при 400+°C долго не живут.

Из новшеств стоит отметить развитие интегрированных преобразователей с HART-протоколом. Это удобно для диагностики, но добавляет сложности в обслуживании. Хотя для систем типа тех, что мы производим в ООО Шанхай Кэньчуань Прибор, это логичное развитие.

Интересно, что базовый принцип работы термопары за 200 лет не изменился — эффект Зеебека всё так же лежит в основе. Меняются материалы, способы обработки сигнала, но физика остаётся прежней. Может поэтому эти датчики переживут многие современные цифровые решения.