Termoelement
Allmänt om termoelement
Termoelementet mäter temperaturskillnad mellan probespets och anslutningen till temperaturindikatorns terminaler. Kompensering för terminalernas temperatur sker elektroniskt i de flesta instrument. Undantag kan vara laboratorier där man kan underhålla ett is-vatten-bad.
Termoelementet består i sin enklaste form av två trådar som hopfogas i mätänden. För industriellt bruk är s k manteltermoelement vanligare. Då har trådarna infogats i hårt kompakterat isoleringsmaterial som vanligen är magnesiumoxid, MgO. Utvändigt finns en mantel av metall. Konstruktionen medger att manteltermoelementet kan böjas inom vissa gränser och behåller sin geometri efter avslutad böjning, dvs materialet är plastiskt.
Termoelement med enbart isolerade trådar används mest laborativt men det finns plaster och andra material som klarar olika temperaturer.
Termoelementtråd kan naturligtvis också förläggas i stålrör men den konstruktionen används mest vid låga temperaturer.
Vid höga temperaturer måste man ta till ädla termoelement med platinatråd. Då använder man keramiska stavar med hål för att hålla isär trådarna isolationsmässigt.
När probekonstruktionen är klar finns olika sätt att ansluta givaren med instrumenteringen. Det sker för oädla termoelementtyper med s k anslutningsledning och i fallet ädelmetalltermoelement används s k kompensationsledning. Den förra består i princip av lika trådmaterial som termoelementets medan den senare är så dyr att man föredrar oädla material som någorlunda efterliknar termoelementets egenskaper vid låg temperatur,
t ex 0 - 100 ºC.
Själva anslutningen till termoelementproben redovisas nedan.
Termoelement med kontakt
Metallmantlad termoelementkabel (manteltermoelement) kan enkelt förses med olika kontakter för utsignalen. Det finns monteringsbara kontakter av såväl standard som miniatyr storlek. Normalt monterar man hankontakter på termoelementen men på beställning monterar vi även honkontakter.
De termoelement vi lagerhåller är vanligen försedda med gjutna hankontakter av standardstorlek. Dessa är helt förseglade mot omgivningen och sitter mycket säkert fast mot mantelmaterialet i proben.
Manteltermoelement kan även beställas utan kontakter för senare montering på plats hos kunden.
Kategorin "Med kontakt" kan också tillverkas med proben vinklad och/eller förses med stödrör. Stödrör kan göra ett tunt manteltermoelement starkare med bibehållen kort svarstid. Stödrörstekniken har sin fördel i stora flödeshastigheter och när klämförskruvningar används.
Termoelement med kabel
Metallmantlade termoelement kan förbindas med kabel i en skarvhylsa som inte kan tas isär. Skarvhylsan är utförd av stål och finns i tre storlekar för anpassning till diametern på metallmantel och kabel samt för eventuella hål på väg till mätstället. Hylsdiametrarna är 10 mm (standard), 7 mm (miniatyr) och 4 mm (subminiatyr).
Precis som med kontaktförsedda manteltermoelement kan varianterna med kabel också förses med stödrör och vinkelböjas på särskild beställning.
Anslutningskabeln kan avslutas med kontakt eller fria ledare.
Termoelement processgivare
Processgivare brukar kännetecknas av signalanslutning i kopplingshuvud och processanslutning med gänga, fläns eller liknande. Inuti sitter en fast eller utbytbar mätinsats med plint, transmitter eller i vissa fall fria ledare för eftermontage av plint eller transmitter.
Pentronic lagerför processgivare för hög temperatur med skyddsrör av högtemperaturstål eller keramiska skyddsrör. Exempel på användning är högtemperaturugnar för värmebehandling samt förbränningsanläggningar. Dessutom finns ett sortiment processgivare som alternativ till Pt100-givare i extra stöt- och vibrationsrik mätmiljö.
Fjäderbelastade termoelement
Fjäderbelastade termoelement används normalt för att mäta temperatur i botten på borrade hål i exempelvis gjutformar för plast eller andra smältor. En adapter gängas fast i hålet och den fjäderbelastade givarens bajonett snäpps fast. Fjäderkraften säkerställeratt givarens spets ligger an mot hålets botten.
Fjäderbelastade givare finns i utföranden med termoelementtrådar dragna ända fram till spetsen och jordade där eller med spets av metallmantlad kabel vilket gör isolerad mätpunkt möjlig. Man kan välja oskyddade trådar eller armering med flexibel rostfri stålslang. Det finns utföranden för fixa insticksdjup liksom för kontinuerligt justerbara insticksdjup. Även raka och vinklade spetsutföranden tillverkas.
Ytmätande termoelement
Ytmätande termoelement konstrueras med en plåtyta svetsad på spetsen av ett mantel-termoelement. Manteln böjs därefter undan så att resten av termoelementet går fritt från ytan.
Plåten på spetsen kan skruvas fast vid mätobjektet alternativt spännas fast. Olika krökningsradier kan fås på beställning.
Trådtermoelement
Trådtermoelement är en enkel lösning för vanligtvis lågtemperaturtillämpningar för laboratorie- eller provningsmiljö. Med tunna trådar erhåller man mycket korta svarstider.
Tunna trådar lämpar sig också för yttemperaturmätning på t ex metallrör. Om man isolerar spetsen kommer man i det närmaste att mäta rörflödets temperatur. Utan isolering mäter man ytans temperatur.
Vid kontroll av livsmedelstemperatur kan man med fördel placera en tunn trådgivare mellanstaplade kartonger för att mäta lagrings- och mottagningstemperatur.
Handhållna termoelement
Pentronic marknadsför ett antal handhållna temperaturindikatorer, se Handindikatorer. Till sådana med givaringång för miniatyr hankontakt finns här ett antal givartyper.
Givare med spets av metallmantlad kabel går bra att använda i luft, vätska och kan med försiktighet stickas in i mjuka material som pulver och liknande.
Kanylspetsar sitter på givare av rör och klarar därför instick i material som ger motstånd som livsmedel (kött), penetrering av plastförpackningar (autoklavering) och jord mm.
Yttemperaturgivare är avsedda att mäta på ytor men går naturligtvis att använda för lufttemperatur. Vätskor bör undvikas.
Lufttemperaturgivare är endast avsedda för luft och icke aggressiva gaser.
Termoelementgivare för förbrännings-motorer
Rubriken omfattar ett urval temperaturgivare som är avsett för förbränningsmotorer från mindre effekt inom personbils- och lastbilsindustrin till motorer för energigenerering och fartygs-framdrivning.
Typisk mätning gäller temperatur på vatten, olja, cylinderfoder, ventiler och avgaser.
För motorer i fartyg finns givare med typgodkännande från flera klassningssällskap.
Tillverkningstoleranser för termoelement
IEC är den internationella elektrotekniska kommissionen, vars standarder är internationella och bör följas så långt det är möjligt. IEC 60584:2013
IEC 60584 senast reviderad 2013 upptar referenstabeller och beräknings-polynom för de standardiserade termoelementens utsignal som funktion av temperatur samt färgkoder för identifiering av termoelementtyp.
Dessutom ges toleranser för anslutnings- och kompensationsledningar.
Tolerans ska inte blandas ihop med begreppet mätosäkerhet. Den enskilda givarens egenskaper fastställs vid kalibrering. Tolerans anger de temperaturgränser från normriktigt värde på en grupp termoelement för att dessa ska få kallas termoelement av viss typ.
Toleransklasser för termoelement enligt IEC 60584 (Referensstället vid 0°C)
Tabell med temperaturintervall för termoelement av typ K, T, J, E, N, S, R, B, C och A:
Termoelementen C och A är nytillskott i IEC-standarden. De innehåller olika proportioner av wolfram och rhenium enligt följande:
Typ C: W-5%Re / W-26%Re
Typ A: W-5%Re / W-20%Re
Typen D: W-3%Re / W-25%Re finns också men har inte upptagits av IEC.
Observera att de angivna toleransvärdena endast gäller obegagnade termoelement. Redan efter kort användning kan känsligheten ändras. Det gäller särskilt de oädla termoelementen. Förändringar påskyndas av hög temperatur och elaka miljöer.
Kalibrering av enskilda termoelementindivider eller batcher vid låga temperaturer och i neutrala miljöer kan reducera drift i känsligheten och därmed mätfelet.
