Element czujnika temperatury do zastosowań laboratoryjnych i przemysłowych powinien być normalnie chroniony przez jakąś formę osłony lub obudowy. Dostępny jest szeroki zakres osprzętu instalacyjnego i akcesoriów, które ułatwiają instalację w rzeczywistym procesie i umożliwiają wygodne połączenie z instrumentami.
Budowa
Sonda temperatury przemysłowej
Ilustracja zespołu jest identyczna dla czujnika Pt100 i termopary. Rurka ochronna lub osłona mieści termoparę lub Pt100 bezpośrednio lub pośrednio za pośrednictwem wkładki. Dodatkowo można wykorzystać studzienkę termiczną w celu zainstalowania sondy w procesie lub aplikacji.
Wkładki czujników to wytworzone jednostki składające się z czujnika i podstawy zaciskowej; czujnik jest umieszczony w rurze wkładki ze stali nierdzewnej, zwykle o średnicy 6 lub 8 mm, a następnie jest wkładany do właściwej rury ochronnej. Dobra osłona z fizycznym kontaktem między końcówką wkładki a końcem osłony jest niezbędna do zapewnienia dobrego transferu ciepła. W podstawie zaciskowej zastosowano styk sprężynowy, aby utrzymać ten kontakt. Taki układ ułatwia łatwą wymianę czujnika, gdy jest to wymagane. W przypadku termopary z izolacją mineralną lub Pt100 czujnik jest zaprojektowany jako integralna część z rurą wkładki.
Gdy wkładka czujnika nie jest określona, czujnik jest umieszczany bezpośrednio w sondzie, a odpowiedni materiał izolacyjny jest używany do uzyskania izolacji elektrycznej i/lub termicznej od ścianki osłony, zgodnie z wymaganiami. Wadą jest to, że gdy wymagana jest wymiana, nie ma innej alternatywy niż wymiana całego zespołu. Nadajnik temperatury można zamontować do podstawy zaciskowej, aby zapewnić kompletny czujnik i wkładkę do kondycjonowania sygnału. Można użyć studzienek lub kieszeni termometrycznych, aby nie było zakłóceń w procesie, gdy czujnik jest wymieniany. Studzienki termometryczne zapewniają również ochronę czujnika przed agresywnymi mediami, a także utrzymują integralność fizyczną procesu w przypadku usunięcia czujnika, jeśli jest on trwale zamontowany w procesie za pomocą gwintu lub kołnierza.
Głowice zaciskowe
Istnieje wiele typów głowic zaciskowych, które spełniają wymagania różnych zastosowań. Zróżnicowanie może być zróżnicowane pod względem rozmiaru, materiału, dostosowania, odporności na media, odporności na ogień, a nawet wybuch itp. Blok zaciskowy umieszczony w „Głowicy” umożliwia podłączenie przewodów przedłużających. Do zakończeń śrubowych lub lutowanych stosuje się różne materiały, w tym miedź, mosiądz platerowany itp.
Alternatywne zakończenie
Alternatywą dla głowicy zaciskowej są przedłużacze bezpośrednio wychodzące z sond, wtyczki i gniazda podłączone do sondy i „ogonki”. Oszczędności kosztów można w ten sposób uzyskać, gdy głowica nie jest wymagana, chociaż ogólna wytrzymałość może być ograniczona w pewnym stopniu, szczególnie gdy określono bezpośredni przedłużacz.
Materiał pochwy
Materiał osłony waha się od stali miękkiej i nierdzewnej do ogniotrwałych tlenków (ceramiki) i różnych egzotycznych materiałów, w tym metali rzadkich. Wybór osłony zależy od temperatury roboczej, charakterystyki medium, trwałości i innych czynników, w tym relacji materiału do rodzaju czujnika.
Rury ochronne
Uwaga: Ze względu na wysoką przewodność cieplną rurek metalowych, minimalna długość wsunięcia powinna być większa niż dwadzieścia pięć razy ich całkowita średnica, aby wyeliminować błąd przewodzenia ciepła.
Dostępne są również inne tuby ochronne.
Notatka: Temperatury pracy i maksymalne powyższych rur różnią się w zależności od środowiska pomiarowego
Materiał osłony metalowy i niemetalowy
Wybór osłony metalowej lub niemetalowej zależy od temperatury i atmosfery procesu. Rury ceramiczne (niemetalowe) są kruche, ale mają wysoką odporność chemiczną; mogą wytrzymać wysoką temperaturę (w niektórych przypadkach do 1800°C). Rura metalowa, najczęściej ze stali nierdzewnej, ma przewagę mechaniczną i wyższą przewodność cieplną; są one na ogół odporne na szok termiczny, który może łatwo skutkować osłoną rur ceramicznych. W zależności od określonego stopu, osłona metalowa może być stosowana w temperaturze do 1150°C. Ceramika jest lepsza, gdy wymagana jest wysoka czystość, aby uniknąć zanieczyszczenia czujnika lub produktu w podwyższonej temperaturze.
Osłona ceramiczna z elementem termoparowym
Pomimo stosunkowo słabych właściwości mechanicznych, rurki ceramiczne są używane; z wyłączeniem warunków, w których metal ma być używany z przyczyn chemicznych lub z powodu nadmiernej temperatury lub z jakiegokolwiek innego powodu. Ich główne zastosowanie mieści się w zakresie od 1000 do 1800 °C. Mogą mieć bezpośredni kontakt z medium lub mogą być używane jako gazoszczelna wewnętrzna osłona oddzielająca termoparę od faktycznej metalowej rury ochronnej. Powinny być montowane w pozycji wiszącej powyżej 1200 °C, aby zapobiec odkształceniom lub pęknięciom z powodu naprężeń zginających. Nawet pęknięcia włoskowate mogą prowadzić do zanieczyszczenia termopary, co skutkuje dryftem lub awarią. Odporność ceramiki na szok temperaturowy wzrasta wraz z jej przewodnością końcową, a jej wytrzymałość na rozciąganie jest większa przy mniejszym współczynniku rozszerzalności cieplnej. Ważna jest również grubość ścianki materiału; cienkościenne rurki są lepsze od większych grubości ścianek. Pęknięcia często powstają, jeśli są poddawane zbyt szybkim zmianom temperatury, gdy są szybko usuwane z gorącego pieca.
Dlatego zaleca się stosowanie wewnętrznej i zewnętrznej osłony z gazoszczelnej ceramiki. Zewnętrzna cienkościenna rurka chroni wewnętrzną przed szokiem temperaturowym poprzez powietrze między nimi. Wydłuża to żywotność zespołu, ale powoduje wolniejszą reakcję. W przypadku termopary z metali rzadkich ceramika musi być bardzo wysokiej czystości. Termopary platynowe są bardzo wrażliwe na zanieczyszczenie obcymi atomami.
Osłona termometryczna
Osłony termometryczne zapewniają ochronę sond temperatury przed niekorzystnymi warunkami pracy, takimi jak media korozyjne, uderzenia fizyczne i gaz lub ciecz o wyższym ciśnieniu. Ich zastosowanie umożliwia również szybką i łatwą wymianę sondy bez konieczności „otwierania” procesu.
Termostudzienki przybierają wiele różnych form i wykorzystują różnorodne materiały (zwykle stal nierdzewną); istnieje szeroka gama gwintów lub kołnierzy przyłączeniowych w zależności od wymagań instalacji. Mogą być wiercone z litego materiału w celu uzyskania najwyższej integralności ciśnienia lub mogą mieć formę kieszeni termicznej wykonanej z rur i sześciokątnych tulei lub kołnierzy; późniejsza konstrukcja umożliwia dłuższą długość zanurzenia.
Osłony termometryczne przekazują ciepło do zamontowanego czujnika, co powoduje powstanie bezwładności cieplnej.
Każda zmiana temperatury w procesie zajęła więcej czasu, aby wpłynąć na czujnik, jeśli obecne są studzienki termometryczne; w związku z tym czas reakcji jest zwiększony. Ten czynnik należy wziąć pod uwagę przy określaniu studzienki termometrycznej; z wyjątkiem sytuacji, gdy istnieje równowaga termiczna, pomiar temperatury prawdopodobnie będzie w pewnym stopniu niedokładny.
Optymalny otwór jest ważnym parametrem, ponieważ fizyczny kontakt między wewnętrzną ścianką studzienki termometrycznej a sondą jest niezbędny do sprzężenia termicznego. W przypadku termopary, która wykrywa temperaturę za pomocą końcówki, ważne jest, aby upewnić się, że sonda jest całkowicie osłonięta (w kontakcie z końcówką studzienki termometrycznej). W przypadku czujnika Pt 100, który wykrywa temperaturę za pomocą trzonu, różnica między zewnętrzną średnicą sondy a otworem musi być utrzymana na absolutnym minimum.
Wybór osłony termometrycznej
Materiały Czynnik długowieczności
Ogólnie rzecz biorąc, wybór materiału na studzienki termometryczne jest regulowany głównie przez korozję, na którą studzienka jest narażona. Wysoki połysk nadawany wszystkim studzienkom ze stali nierdzewnej i Monel zapewnia maksymalną odporność na korozję.
Dostępne są również studnie wykonane ze specjalnych gatunków stali nierdzewnej, stali chromowo-molibdenowej, brązu krzemowego, hastelloyu B&C, niklu, tytanu i monelu.
Połączenie-czynnik instalacji
Wszystkie gwintowane studnie są wykonane z materiałów łatwo spawalnych lub lutowanych. Spawanie i lutowanie jest ważne w przypadku instalacji wymagających uszczelnienia. Gwint rury zapewnia wytrzymałość mechaniczną, a spoina lub lutowanie zapewnia uszczelnienie.
Studnie kołnierzowe (inne niż typu van stone) składają się ze studni prętowej, która jest solidnie zespawana z kołnierzem najwyższej jakości. Standardowa konstrukcja wykorzystuje podstawowy spaw rowkowy „J” i czysty pachwinowy rowek skośny. Ta podwójnie spawana konstrukcja eliminuje możliwość korozji szczelinowej, ponieważ żadne otwarte połączenie nie jest odsłonięte ani od wewnątrz, ani od zewnątrz instalacji.
Studnie spawane gniazdowo są proste w montażu, wystarczy je przyspawać. Studnie te pasują do standardowych złączy spawanych gniazdowo ASA lub kołnierzy.
Długość wstawiania – współczynnik dokładności
Odległość od czubka otworu do dolnej strony gwintu lub innego połączenia jest definiowana jako długość wsuwania (oznaczona jako „U”). Aby uzyskać najlepszą dokładność, długość ta powinna być wystarczająco większa, aby umożliwić całej wrażliwej na temperaturę części elementu wysunięcie się do mierzonego medium. Prawidłowo zainstalowany element: w cieczy element powinien być zanurzony do swojej wrażliwej długości plus jeden cal, a w powietrzu lub gazie element powinien być zanurzony do swojej wrażliwej długości plus trzy cale.
Rozmiar otworu – czynnik zamienności
Prawie wszystkie instalacje wykorzystują kilka typów czujników pomiaru temperatury. Wybór standardowej średnicy otworu może zapewnić ekstremalną elastyczność w obrębie zakładu. Ta sama studnia może pomieścić termoparę, termometr oporowy i termometr bimetaliczny.
Stożkowy lub prosty współczynnik prędkości
Stożkowy trzonek zapewnia większą sztywność przy tej samej czułości. Wyższy stosunek wytrzymałości do masy zapewnia tym studniom wyższą częstotliwość drgań własnych niż studnie o ekwiwalentnej długości z prostym trzonkiem, co umożliwia pracę przy wyższej prędkości płynu.
Prędkość znamionowa studni
Płyn przepływający przez studnię tworzy turbulentny ślad, który ma określoną częstotliwość, w zależności od średnicy cieczy. Ważne jest, aby studnia miała wystarczającą częstotliwość, aby częstotliwość śladu nigdy nie była równa częstotliwości naturalnej samej studni. Jeśli częstotliwość naturalna studni pokrywa się z częstotliwością śladu, studnia wibrowałaby do zniszczenia i pękłaby w rurach.
Obliczanie drgań dla prętów
Zgodnie z normą ASME PTC 19.3 F /F < 0,8 wn Tutaj, F = 2,64 (v/b) w 2 F = (K /L ) vE/R nf Gdzie, F = częstotliwość studni w F = częstotliwość własna, nv = prędkość płynu w fps, b = średnica końcówki studni termometrycznej, K = stała uzyskana z tabeli 1.4 normy ASME PTC 19.3, f L = długość studni termometrycznej, 6 E = moduł sprężystości materiału studni termometrycznej; 28×10 psi, 3 R = ciężar właściwy metalu; 0,29 funta/cal Norma ME PTC 19.3.
Połączenie procesowe
Połączenie gwintowane
Gwint równoległy lub stożkowy jest przeznaczony do wygodnego montażu w spoinie, wpasowując się bezpośrednio do procesu. Takie połączenie jest odpowiednie dla studni o mniejszej średnicy, które prawdopodobnie nie będą często zmieniane.
Połączenie kołnierzowe
Połączenie kołnierzowe jest preferowane, jeśli zachodzi potrzeba częstszej wymiany studni, np. w przypadku wysokiej korozji. Śruby kołnierza są przykręcane do kołnierza współpracującego zamontowanego na procesie. Taka technika jest bardziej odpowiednia dla rur o dużej średnicy i zastosowań wysokociśnieniowych.
Połączenie spawane
Połączenie spawane można stosować, gdy proces nie jest korozyjny i nie jest wymagane rutynowe usuwanie. Osiąga się wysoką integralność, a ta technika nadaje się do zastosowań w wysokiej temperaturze i ciśnieniu.
Dopasowywanie
Montaż zespołów czujników temperatury w studzience termometrycznej lub bezpośrednio w procesie wymaga użycia pewnego rodzaju złączki mosiężnej lub ze stali nierdzewnej. Złączki obejmują różne złączki gwintowane, nasadkę bagnetową (i adaptery) oraz kołnierz. Regulowane złączki zaciskowe są używane bezpośrednio na sondzie, aby osiągnąć wymaganą długość wsuwania w procesie i zapewnić właściwe osłonięcie sond w studzience termometrycznej.
Regulowany kołnierz można w podobny sposób wykorzystać do montażu czujnika w procesie. Nasadki bagnetowe zapewniają metodę szybkiego dopasowania do odpowiednich adapterów znajdujących się w procesie; ta technika jest szeroko stosowana w maszynach do tworzyw sztucznych.
Tuleje i korki sześciokątne stosuje się, gdy regulacja lub demontaż nie mają większego znaczenia.
Wybór złącza może być podyktowany potrzebą integralności ciśnienia lub ograniczeniami rozmiaru fizycznego. Złącze zaciskowe i tuleje gwintowane mogą być dostarczane z gwintami stożkowymi, aby uzyskać połączenie szczelne pod ciśnieniem.
