Датчики температуры ТППТ, ТПРТ

Для увеличения ресурса работы высокотемпературного платинородий-платинового термоэлектрического преобразователя необходимо уменьшить влияние ряда факторов, непосредственно влияющих на его работоспособность:

• Загрязнение электродов термопары металлами, восстановленными из газовой фазы при разложении окислов, из которых изготовлены изоляторы и чехлы;
• Перенос родия, испаряющегося с платинородиевого термоэлектрода, к электроду из чистой платины;
• Загрязнение электродов примесями, содержащимися в окружающей среде. Платина подвержена значительному коррозионному воздействию со стороны некоторых элементов, которые носят название «платиновые яды»: мышьяк, бор, фосфор, кремний, олово, цинк, сурьма и др;
• Недостаточная устойчивость керамического защитного чехла к термоударам.

Первый фактор зависит от качества материала изоляторов и чехлов, а также от технологии подготовки керамики перед сборкой защитного чехла. Влияние второго фактора можно устранить помещением электродов в цельную двухканальную соломку по всей длине высокотемпературной зоны, что и делается во всех предлагаемых конструкциях. Третий фактор можно минимизировать увеличением толщины наружного чехла, но это снижает его термопрочность. Можно применять два сравнительно тонкостенных (2–3 мм) защитных чехла с воздушным зазором между ними, однако зазор увеличивает инерционность термопары. Для замедления действия первых трех факторов можно также использовать термоэлектроды возможно большего диаметра (обычно 0,5 мм), что нежелательно, так как резко увеличивается стоимость термопреобразователя.

Учитывая все эти факторы, для улучшения потребительских свойств выпускаемой продукции, на протяжении уже многих лет, мы предлагаем к поставке платинородий-платиновые и платинородий-платинородиевые термоэлектрические преобразователи с чехлами из керамики С795 и С799, полностью отвечающей требованиям стандарта международной электротехнической комиссии № 60672.

Отличительной особенностью керамики С799 является минимальное содержание в ней примесей (содержание окиси алюминия ≥ 99,5%), возможность использования при температуре 1800°С и высокая прочность. Основным преимуществом чехлов из керамики С795 является соотношение цена-качество. По своим техническим характеристикам керамика С795 очень близка к С799, но все же содержит чуть больше примесей, а прочностные показатели чуть ниже. По нашему мнению, чехлы из С799 наиболее оптимальный вариант практически для всех условий эксплуатации платинородий-платиновых термопреобразователей. Чехлы из керамики С795 несколько снижают стоимость термопреобразователей и их можно рекомендовать для эксплуатации при температурах ниже 1250°С.

Термопреобразователи конструктивных модификаций 01.20 и 01.21 изготавливаются с двумя керамическими чехлами. Пространство между челами заполнено мелкодисперсным электрокорундом. Термоэлектроды, образующие термопару, всегда помещены в цельную (длиной до 2000 мм) двух- или четырёхканальную соломку из керамики С799. Конструкция термопреобразователя, характеризующаяся совокупностью описанных признаков, была зарегистрирована в Госреестре полезных моделей РФ, свидетельство Роспатента на полезную модель № 11392.

Термопреобразователь сопротивления платиновый ТППТ 01.20

Описанная конструкция и применение высококачественных защитных чехлов позволяет в целом ряде случаев, таких как отсутствие большого содержание вредных примесей, температуры близкие к номинальной температуре применения, использовать термопары с уменьшенным диаметром термоэлектродов по сравнению с традиционным 0,5 мм. В первую очередь без ущерба для эксплуатационных характеристик можно уменьшить диаметр положительного термоэлектрода (ПР10 в ТППТ и ПР30 в ТПРТ) до 0,4 мм. При этом лигатурная масса термоэлектродов, а, следовательно, и стоимость термопары снижается на 15%. Если условия эксплуатации очень близки к номинальным, возможно применение термопар, имеющих оба термоэлектрода диаметром 0,4 мм. При сравнении цены термопреобразователей производства ПК «ТЕСЕЙ» с ценой термопреобразователей других производителей, пожалуйста, обращайте внимание на лигатурную массу драгоценных металлов, содержащихся в них (см. таблицу ниже).

При наличии в высокотемпературной газовой среде абразивных твердых частиц в каналах отходящего газа и необходимости высокой термостойкости наружный чехол платиновой термопары может быть выполнен из карбида кремния К_К90. Для кауперов доменных печей, при наличии избыточного давления рабочей среды, защитные чехлы термопар выполняются герметичными с выводом термоэлектродов через резиновое уплотнение для исключения прорыва газов в головку в случае разрушения чехла (термопара ТППТ(ТПРТ) 01.22 с чехлом К_К90). Чехлы из карбида кремния также обладают очень хорошей стойкостью к воздействию сильных кислот различной интенсивности и хорошей стойкостью к воздействию сильных щелочей.

Для большего удобства в эксплуатации мы предлагаем заказчикам платиновые термопары в металлических чехлах (модификации 01.06 и 01.16). Чехлы изготовлены из сплава ХН45Ю или сплаваKanthal АРМ. Термометр сопротивления платиновый с защитным чехлом из сплава Kanthal АРМ рекомендуются к применению в серосодержащих атмосферах и атмосферах с высоким углеродным потенциалом, так как сплав Kanthal АРМ обладает высокой устойчивостью к воздействию серы, серосодержащих соединений и к науглероживанию.Внутрь металлического чехла вставляется второй чехол из алюмооксидной керамики, а в него – платиновая термопара. Максимальная рабочая температура ограничена 1250°С, но для некоторых областей применения – это не плохое решение.

Угловые платиновые термопары в толстостенных металлических чехлах (ТППТ(ТПРТ) 01.19У) используются для контроля температуры в хлоридно-бариевых ваннах.

ВНИМАНИЕ! Термоэлектрические преобразователи с наружными металлическими чехлами требуют бережного обращения, т.к. повреждение внутреннего защитного чехла нельзя определить визуально. Особенно следует обратить внимание на соблюдение скорости их разогрева и охлаждения, из-за существенной разницы в коэффициентах линейного теплового расширения часто происходит разрушение внутреннего керамического чехла.

Для проведения бездемонтажной калибровки (см. раздел 1, стр. 1-12) предлагаются две серии модификаций – ТППТ(ТПРТ) 21.хх и 22.хх. Термопреобразователи ТППТ(ТПРТ) 21.хх изготавливаются с использованием керамической соломки, имеющей дополнительный центральный канал, который предназначен для установки контрольной термопары при проведения бездемонтажной калибровки. Термопреобразователи ТППТ(ТПРТ) 22.хх изготавливаются с двумя внутренними защитными керамическими чехлами, один из которых предназначен для установки контрольной термопары. Конструкция термопреобразователей 22.06 и 22.21 защищена патентом на полезную модель № 94700

ОБОЗНАЧЕНИЕ ДИАМЕТРОВ ТЕРМОЭЛЕКТРОДОВ И ЛИГАТУРНАЯ МАССА (РАСЧЕТНАЯ)

Обозначение	Диаметр положительного термоэлектрода (ПР10, ПР13, ПР30), мм	Диаметр отрицательного термоэлектрода (ПлТ, ПР6), мм	Лигатурная масса термоэлектродов при монтажной длине термопреобразователя 1000 мм
			ТППТ	ТПРТ
А	0,5	0,5	8,55 г	7,87 г
В	0,4	0,5	7,06 г	6,57 г
С	0,4	0,4	5,47 г	5,04 г

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Физические характеристики материалов (стандарт МЭК 60672) определены на экспериментальных образцах, имеющих определенную форму и размеры для каждого вида испытаний. При выборе типа чехла для термопреобразователя надо учитывать, что его эксплуатационные характеристики зависят как от физических свойств керамики, так и от его геометрических размеров и качества изготовления, а также от реальных условий эксплуатации. Выбор материала не должен основываться только на данных таблиц, приведенных ниже.

Прочность на изгиб является мерой, показывающей, насколько хорошо материал сопротивляется изгибу, или какова «жесткость материала». Предел прочности равен напряжению (отношению приложенной силы к исходному сечению) при разрушении.

Модуль упругости при изгибе (отношение напряжения к деформации) равен такому нормальному напряжению, при котором относительное удлинение было бы равно единице, если бы столь большие упругие деформации были возможны. Модуль упругости при изгибе эквивалентен наклону линии, касательной к кривой напряжение-деформация, в той части этой кривой, где материал еще не деформировался.

Термоудар. Максимальная разность между температурой воды, равной 10-20С, и температурой образца материала (стержень длиной 120 мм и диаметром 10 мм), с которой он переносится в воду, причём прочностные характеристики образца после этого не изменяются.

Основные физические характеристики керамики применяемой для защитных чехлов

Условное обозначение ПК «ТЕСЕЙ»	Кк90		К795		К799
Подгруппа по МЭК 60672	SiSiC		С795		C799
Тип керамики	газоплотная, реакционносвязанный карбид кремния		газоплотная высокоалюмооксидная
Химический состав	SiC, % 80-85 свободный Si, % 8-12		95-99		Al2O3, % >99
Характеристика	Символ		Единицы
Открытая пористость, max		Pa		объемные %	 0,1	0,0	0,0
Плотность, min		ρa		Мгм-3	3,1	3,5	3,7
Прочность на изгиб, min		σft		МПа	250 – 300	280	300
Модуль упругости, min		E		ГПа	370	280	300
Коэффициент линейного расширения		α (30-1000°C)		10-6К-1	4,3	7–9	7–9
Теплоемкость		CР, (30-100°C)		Дж кг-1К-1	1000	850–1050	850–1050
Теплопроводность		λ(30-100°C)		Вт м-1К-1	100	16–28	19–30
Термоудар		ΔT		К	350	140	150

МАТЕРИАЛЫ КЕРАМИЧЕСКИХ ЗАЩИТНЫХ ЧЕХЛОВ,
используемых для изготовления платиновых термопреобразователей ПК «ТЕСЕЙ»

Материал чехла	Условное обозначение материала	Максимальная температура применения материала	Условия эксплуатации (по данным производителей чехлов)
Керамика высокоалюмооксидная, газоплотная	К799	1800°С	Высокотемпературные газовые среды. Газовые среды в присутствии паров щелочей, водорода и др. восстановительных газов. Расплавы стекла. Высокая механическая прочность.
Керамика высокоалюмооксидная, газоплотная	К795	1600°С	Высокотемпературные газовые среды. Газовые среды в присутствии паров щелочей. Расплавы стекла. Высокая механическая прочность.
Карбид кремния реакционносвязанный, газоплотный	КК90	1350°С	Высокотемпературные газовые среды, присутствие абразивных частиц. Исключительная стойкость в окислительных средах. Химически агрессивные среды: сильные кислоты, расплавы щелочей. Расплавы цветных металлов: олово, свинец, цинк, алюминий. Высокая механическая прочность и износостойкость.
Керамика на основе нитрида кремния	К101	1200°С	Рекомендуется для применения в расплавах цветных металлов (срок службы до 12 месяцев). Не рекомендуется прямое воздействие пламени горелки и механических нагрузок ударного характера

1.Диапазон измеряемых температур, °С:

Тип ТП	Обозначение НСХ	Тип ТП по ГОСТ 6616-94	Диапазон измеряемых температур, °С
ТППТ	S	платинородий – платиновые ТПП 10	от 0 до 1300 (кратковременно до 1600)
	R	платинородий – платиновые ТПП 13
ТПРТ	B	платинородий – платинородиевые ТПР	от 600 до 1600

2. Номинальная статическая характеристика (НСХ) и класс допуска

НСХ соответствуют ГОСТ Р 8.585-2001. Пределы допускаемых отклонений термо-э.д.с. от номинальных значений в зависимости от класса допуска и рабочего диапазона температур, не превышают значений, указанных в таблице:

Тип ТП	Обозначение НСХ	Класс допуска	Рабочий диапазон температур, °С	Пределы допускаемых отклонений от НСХ, °С
ТППТ	ТПП 10 (S), ТПП 13 (R)	1	от 0 до 1100	± 1,0
			св. 1100 до 1300	± (1,0+0,003(t –1100))
		2	от 0 до 600	± 1,5
			св. 600 до 1300	± 0,0025·|t|
ТПРТ	ТПР (В)	2	от 600 до 1600	± 0,0025·|t|
		3	от 600 до 800	± 4,0
			св. 800 до 1600	± 0,005·|t|

где t – температура измеряемой среды, °С.

3. Рабочий диапазон температур

Рабочий диапазон температур термопреобразователей определяется типом термочувствительного элемента,
а также свойствами материала, используемого для защитного чехла.

Тип ТП	Рабочий диапазон температур, °С	Номинальная температура применения, °С	Примечания
ТППТ	от 0 до 1250	1100	в защитных чехлах из сплава ХН45Ю
	от 0 до 1200	1100	в защитных чехлах из нитридной керамики К101
	от 0 до 1300	1100	в керамических защитных чехлах и KanthalAPM
ТПРТ	от 600 до 1250	1100	в защитных чехлах из сплава ХН45Ю
	от 600 до 1200	1100	в защитных чехлах из нитридной керамики К101
	от 600 до 1300	1100	в защитных чехлах KanthalAPM
	от 600 до 1400	1300	в керамических защитных чехлах из карбида кремния
	от 600 до 1600	1300	в защитных чехлах из алюмооксидной керамики

4. Уровень сигнала термопары в рабочем диапазоне температур:

ТППТ – термо-э.д.с. в пределах от 0 до 13,2 мВ, в диапазоне температур от 0 до +1300°С;

ТПРТ – термо-э.д.с. в пределах от 1,79 до 11,3 мВ, в диапазоне температур от +600 до +1600°С

5. Показатель тепловой инерции

Значения показателя тепловой инерции термопреобразователей приведены далее для конкретных модификаций и определены в соответствии с ГОСТ 6616-94

6. Устойчивость к механическим воздействиям

ТП имеют вибропрочное и вибростойкое исполнение; группа исполнения L3по ГОСТ Р 52931-2008

7. Климатическое исполнение

УХЛ2 по ГОСТ 15150-69, но для работы при температурах от -40 до +60°С, относительной влажности 95% при температуре 35°С (группа С4 по ГОСТ Р 52931), и атмосферном давлении от 66 до 106,7 кПа (группа Р2 по ГОСТ Р 52931).

8. Степень защиты от воздействия воды и пыли по ГОСТ 14254-96

IP65 – для ТП с клеммными головками из алюминиевого сплава

9. Надежность

вероятность безотказной работы за 8000 ч при номинальных значениях температур применения – не менее 0,85

10. Маркировка

Маркировочные ярлыки термопреобразователей выполнены на самоклеющейся металлизированной пленке из полиэстера. Материал шильдика устойчив к воздействию температур от –40 до +120С, обладает хорошей стойкостью к воздействию растворителей, ультрафиолета, грязи.

1. Установка ТП, монтаж и проверка их технического состояния при эксплуатации должны проводиться в соответствии с техническим описанием ТП, руководством по эксплуатации РЭ 4211-005-10854341-09 и инструкциями на оборудование, в комплекте с которым они работают.

2. При установке ТП в горизонтальном или наклонном положении без защитной арматуры во избежание прогиба и вибрации ТП при эксплуатации потребитель должен обеспечить дополнительное крепление.

3. Разрушение керамического чехла приводит к быстрому разрушению термоэлектродов. Поэтому необходимо при установке и эксплуатации избегать ударов термопреобразователей. Это указание особенно актуально для термопреобразователей с внешними металлическими чехлами (модификации ТППТ 01.06, 01.16, 01.19, 01.19У, 21.06), так как внутренний защитный чехол выполнен из керамики.

Во избежание разрушения керамических чехлов из-за резкой смены температуры скорость разогрева и(или) охлаждения термопреобразователя не должна превышать 150С/мин.

4. Температура на клеммной головке при эксплуатации не должна быть выше 120°С. Превышение указанной температуры приводит к разрушению маркировочного шильдика, идентифицирующего изделие и его производителя. При температуре свыше 150°С происходит разрушение герметизирующей прокладки клеммной головки. Необходимо также учитывать температуру применения удлинительных проводов, которые используются для подключения термопреобразователя в измерительную цепь.

5. Работоспособность узлов коммутации ТП (головки) в зависимости от материала, Т_max:
200С – для клеммных головок из алюминиевого сплава.

6. Для снижения погрешности измерений градиент температуры в зоне коммутации термопреобразователя (на клеммной головке, термопарном разъеме или переходной втулке) не должен превышать 40°С. Данное требование соответствует стандарту ASTME1129-98 «Технические условия на соединительные устройства термопар». В российской системе стандартов требования к соединительным устройствам термопар отсутствуют.

ТП	ПТ		01.20У	—	0	23	—	А	1	Т50	—	И		—	Кк	—	25	—	L	/	lчехла	—	lгиба
1	2		3		4	5		6	7	8		9	10		11		12		13		14		15

Поле	Наименование	Код	Описание
1	Тип датчика	ТП	Термопреобразователь проволочный
2	НСХ	ПТ	Тип ПП(S) по ГОСТ Р 8.585-2001
		ПТ(R)	Тип ПП(R) по ГОСТ Р 8.585-2001
		ПР	Тип ПР(B) по ГОСТ Р 8.585-2001
3	Модификация	01.01	Термопара без защитного чехла (термоэлемент)
		01.06, 01.16	С металлических защитным чехлом, без монтажных элементов
		21.06, 22.06	Тоже что и 01.06 с дополнительным каналом для бездемонтажной поверки
		01.19, 01.19У	С толстостенным защитным чехлом из сплава ХН45Ю или 12Х18Н10Т предназначены для эксплуатации в агрессивных средах
		01.20, 01.21, 01.22	С керамическим защитным чехлом, армированным в верней части стальной трубой, без монтажных элементов
		21.21, 22.21	Тоже что и 01.21 с дополнительным каналом для бездемонтажной поверки
		01.25, 01.26	Многоуровневые термопары с защитных чехлом из керамики или платины
		01.23, 01.24	С керамическим защитным чехлом,армированным в верней части стальной трубой, с приварным штуцером (01.23) либо фланцем (01.24
4	Кабельный ввод	0	штатный кабельный
		А-Z	Специализированный кабельный ввод (см. таблицу 3 стр 1-10)
5	Узел коммутации датчика (см. таблицу «Варианты модификаций» стр. 1-7)	20, 22	алюминиевая головка с защелкой
		21, 23; 24; 25; 26; 28	алюминиевая головка с винтом или крышкой на резьбе
6	Типоразмер термоэлектродов	A	Положительный Ø0.5мм	Отрицательный Ø 0.5мм
		B	Положительный Ø 0.4мм	Отрицательный Ø 0.5мм
		C	Положительный Ø 0.4мм	Отрицательный Ø 0.4мм
7	Класс допуска	1, 2	По ГОСТ Р 8.585-2001	ТППТ
		2, 3		ТПРТ
8	Выходной сигнал, условное обозначение точности измерительного преобразователя, см. табл. 5 на стр. 2-10	Незаполнено	аналоговый сигнал (mV) в соответствии с НСХ
		Т25	4-20 мА	для класса 1	0.25% или 2.5°С что больше
		Т40		Для класса 2	0.4% или 2.5°С что больше
		Т60		Для класса 3	0.6% или 4.5°С что больше
		H25	4-20 мА +HART	для класса 1	0.25% или 1.5°С что больше
		Н30		Для класса 2	0.30% или 2°С что больше
		Н60		Для класса 3	0.6% или 4.5°С что больше
9	Исполнение рабочего спая	И	изолированный спай
		О	Открытый спай	Только для 01.01
10	Количество пар термоэлектродов	Незаполнено	1 пара термоэлектродов
		2	2 пары термоэлектродов (2 спая)
		3	2 пары термоэлектродов (3 спая)
11	Материал защитного чехла	К795	Алюмооксидная керамика 95%, газоплотная
		К799	Алюмооксидная керамика 99%, газоплотная
		Кк90	Карбид Кремния газоплотный
		Т45, Т78	Сплав ХН45Ю, ХН78Т
		ТАРМ	Кантал АРМ
		С10	Сталь 12Х18Н10Т
		ТПР10, ТПР20	Платинородий 10, Платинородий 20
12	Наружный диаметр	4÷60	Размер в мм, подробнее см. листы модификаций
13	Монтажная длина	250÷3150	монтажная длина L до рабочего конца в мм
14	Размер lчехла	150÷1450	Размер в мм, подробнее см. листы модификаций
15	Размер lгиба	300÷2000	Размер в мм	для 01.19У
	Типоразмер штуцера	М27, М33, К3/4, К1	Указать размер резьбы	для 01.23
	Тип фланца	Исполнение.Dn.Pn	Параметры фланца	для 01.24