Termoelementets egenskaper och felkällor
Egenskaper och felkällor
Alla typer av termoelement slits och åldras i varierande grad i olika miljöer. Därför ska alla typer av givare regelbundet kontrolleras och kalibreras. Termoelement typ K är den mest använda och bäst kartlagda.
Följande är dess mest påtagliga risker:
Grönröta
Grönröta som är en typ av korrosion uppstår i den positiva skänkeln hos termoelement K om två kriterier är uppfyllda:
• Temperatur inom cirka 800 - 1100 °C
• Låg syrenivå runt trådarna
Felet kommer smygande i takt med att tråden bryts ned. Om det inte upptäcks i tid finns risk för mätfel på tiotals grader.
Som mest har Pentronic hittat mätfel på 50 °C eller mera. Tråd- eller manteltermoelement gör ingen skillnad. Det finns mantel-termoelement med inlagda offertrådar av titan som fördröjer reaktionen. Andra lösningar är att gå över till termoelement typ N eller möjligen typ S som dock kräver keramiskt skyddsrör.
Varning för ersättningsmaterial
Vissa termoelement är dyrbara. Därför är det lockande att använda andra material som "skarvsladd". Gör aldrig det!
Som vi tidigare beskrivit bildas seebeckspänningen i hela mätkretsen. Inblandning av material med andra seebeck-koefficienter kan orsaka felaktig utsignal.
Det finns ersättningsmaterial, s k kompensationsledning, med samma elektriska egenskaper som termoelementet inom begränsade temperaturområden.
Bäst är att använda termoelementmaterial i hela kretsen. Om det inte är möjligt, välj rätt kompensationsledning och kontakter som är kompenserade för den typ av termoelement som du använder. Kompenserade kontakter har dessutom stift som hindrar polvändning.
Främmande material i mätpunkten
Främmande material används ibland som mätpunkt. Ett typiskt fall är när man löder fast termoelementets trådar på en bricka, som skruvas fast där man vill mäta.
Det fungerar om brickan har god elektrisk ledningsförmåga och båda trådändarna håller samma temperatur. Trådarna ska sitta så nära varandra som möjligt så att de antar samma temperatur. Denna representerar då uppmätt värde.
Det fungerar om brickan har god elektrisk ledningsförmåga och båda trådändarna håller samma temperatur. Trådarna ska sitta så nära varandra som möjligt så att de antar samma temperatur. Denna representerar då uppmätt värde.
SRO hysteres
SRO är ett hysteresfenomen som påverkar termoelement K vid mätning över 200 °C. Vid tillverkning glödgas termoelementet. Ett smärre kaos uppstår i metallgittret och vid nedkylning stannar legeringsatomerna på den plats där de för tillfället befinner sig.
Naturen strävar efter en låg energinivå och i temperaturer över ca 200 °C vandrar atomerna mot effektivare former. Vid denna process ökar seebeckspänningen med mätfel som följd. Felet kan bli 5 °C.
Andra termoelement drabbas inte lika hårt av short ranged ordering. För termoelement typ N handlar det t ex om någon grad. Processen är reversibel. Vid glödgning återfår termoelementet sina ursprungliga egenskaper. Om givaren inte ska användas över 600 °C, kan man utnyttja fenomenet genom att åldra den innan användning.
Andra åldringseffekter
Användningsmiljön sätter sina spår på alla typer av termoelement. En anledning till förändrad emk är att material vandrar från ena skänkeln till den andra. Ett tydligt exempel är termoelement typ S med skänklar av platina/rodium och ren platina. I höga temperaturer förångas rodium över till den rena platinaskänkeln. Resultatet blir gradvis minskad utsignal vid en given temperatur.
Liknande växelverkan sker mellan termoelementtrådar och mantel, isolering och skyddsrör. Processen påskyndas av hög värme, vakuum och olika atmosfärer. Även fysiskt våld kan förändra termoelementets egenskaper.
Återkommande kontroller och kalibreringar är den enda effektiva försäkringen mot mätfel.
Felaktiga inkopplingar
Felaktiga inkopplingar
Lägg märke till att färgkoden i teckningarna refererar till ANSI MC 96.1, som är en amerikansk standard. Där gäller, för typ K gul markering för positiv och röd markering för negativ tråd.
Rätt men ”gammal” färgstandard.
Avbrott (öppen krets)
Givartråden har gått av, lossnat eller har dålig kontakt med instrumentet. instrument larmar t ex genom att skriva "Open" på skärmen.
Kortslutning
Om isoleringen nöts av och trådarna kortsluts, uppstår en mätpunkt på detta ställe. Instrumentet visar temperaturen i kortslutningspunkten istället för i givarspetsen.
Polvändning av hela kretsen
Vid polvändning går instrumentet "baklänges". En temperaturökning registreras som minskad temperatur.
Polvändning inom mätkretsen
Anslutningskabeln måste ha samma polaritet som termoelementtrådarna. Om termoelementet är polvänt får man motverkande spänningar. Avläst värde blir dubbla temperaturen i kopplingshuvudet minus mätpunktens temperatur.
Dubbel polvändning av anslutningsledningen
Om anslutningskabeln är polvänd i bägge ändar påverkar ändpunkternas temperatur också signalen. Avläst värde blir mätpunktens temperatur minskad med dubbla temperaturskillnaden mellan kopplingshuvud och referenspunkt.
Tänk på att en inkopplad temperaturregulator med börvärdet 1000 °C skulle reglera upp effekten så att ärvärdet blir ca 150°C över börvärdet. Trots detta visar indikatorn 1000°C. Se bilden.
