Маркировка термопарных проводов

Типы термопар

Существуют термопары различных типов, каждый из которых имеет свои собственные цветовые коды для маркировки проводов разнородных металлов. В следующей таблице приведены наиболее распространенные типы термопар и их стандартные цвета, наряду с некоторыми отличительными характеристиками металла для определения полярности, когда цвета проволоки не видны:

Цвета из данной таблицы применяются только в США и Канаде. Потрясающие разнообразие цветов бывает «стандартным» для каждого типа в зависимости от того, где в мире вы находитесь. Британцы и чехи используют собственную цветовую кодировку, так же, как голландцы и немцы. Франция имеет свой собственный уникальный цветовой код.

Наверное, Вы будете смеяться, но есть ещё цветовая кодировка «Международная», которая не соответствует ни одной из выше перечисленных. Типы S и B используют платину или платино-родиевый сплав с различным легированием положительных и отрицательных проводов. Иногда тип В зеленый и красный, а не серый и красный. Обратите внимание, что отрицательный (−) провод всех типов маркирован красным цветом. Это противоположно тому, к чему привыкли все, работающие с блоками питания, где в красный цвет окрашивается положительная шина питания.

Помимо различия в температурных диапазонах, термопары также различаются типом атмосферы, которую они могут выдерживать при повышенных температурах. Например, термопары типа J из-за того, что материал одного из проводов железо, быстро разрушаются в любой окислительной атмосфере. Под термином «окислительная» понимается атмосфера, содержащая большое количество молекул кислорода или молекул аналогичных элементов, например хлор или фтор. Термопары типа K разрушаются в восстановительной газовой среде, а также в средах с серой и цианидами. (Восстановительная газовая среда — атмосфера, богатая элементами, которые легко окисляются. Фактически любой топливный газ (водород, метан и т.д.), в достаточной концентрации, создаёт восстановительную атмосферу).

Применение термопар типа T ограничено из-за эффекта окисления меди при высокой температуре. Однако, они выдерживают как окислительную, так и восстановительную атмосферы и достаточно хорошо при более низких температурах, даже при условиях высокой влажности.

Провода удлинения термопары

В каждом контуре термопары должен быть и «горячий» спай (в месте измерения температуры) и «холодный» спай (в месте подключения измерительного прибора) — это неизбежное последствие формирования замкнутого контура измерений, использующего разнородные металлические провода. Мы уже знаем, что напряжение, полученное измерительным прибором от термопары, будет разницей между напряжениями «холодного» и «горячего» спаев. Так как цель большинства температурных инструментов состоит в том, чтобы точно измерить температуру в определенном местоположении, эффект «холодного» спая нужно компенсировать возможными средствами средствами: или в контур добавить некоторое напряжение компенсации или с помощью программного алгоритма. Для эффективной компенсации «холодного» спая механизм компенсации должен «знать» температуру его места нахождения. Этот факт настолько очевиден, что едва ли требует упоминания. Однако, что не настолько очевидно, эта проблема может быть решена просто применением проводов определенного типа в контуре термопары. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим простой способ установки термопары тип K, когда она соединяется непосредственно с термометром с помощью собственных длинных проводов:

Как и у всех современных приборов, при измерения температуры с помощью термопары, в изображенном приборе имеется термистор для измерения температуры терминала, к которому присоединяются провода термопары. Соответственно, прибор вырабатывает компенсирующее напряжение для того, чтобы на индикаторе отображалась температура именно той точки, в которой мы ее измеряем. Теперь рассмотрим подключение той же термопары длинным медным кабелем (состоящим из двух проводов) к терминалу индикатора:

Даже при том, что ничего не изменилось в контуре термопары, за исключением типа соединительных проводов от термопары к индикатору, местоположение «холодного» спая полностью изменилось. «Холодный» спай переместился на терминал, установленный в поле совершенно при другой температуре, чем измеряется термистором индикатора. Это означает, что компенсации «холодного» спая не будет.

Единственный практический способ избежать этой проблемы состоит в том, чтобы держать «холодный» сплав там, где это положено. Если нам необходимо использовать удлинительные провода, чтобы присоединить термопару к расположенному на далеком расстоянии инструменту, то провода должны иметь тип, который не образуют дополнительного соединения разнородных металлов в «голове» термопары, а сформируют только одно такое соединение на терминале прибора.

Очевидный подход состоит в том, чтобы просто использовать удлинительный провод из того же самого металла, из которого изготовлены провода используемой термопары. Это означает, что для нашей гипотетической термопары типа K для соединения терминала «головы» термопары с терминалом индикатора должен применяться удлинительный кабель типа K:

Единственная проблема данного метода — потенциальный расход кабеля из материала термопары. Это особенно заметно с некоторыми типами термопар, где используемые металлы являются несколько экзотическими. Более экономичная альтернатива состоит в применении провода более дешевого, но имеющего такие же термоэлектрические характеристики в более узком диапазоне температур, в которых используется удлинительный кабель. Это дает более широкий выбор металлических сплавов для применения, некоторые из которых существенно дешевле, чем применяемые в термопарах.

Конструкция термопарных датчиков температуры

В своей простейшей форме термопары – это не более чем пара проводов разнородных металлов сваренных вместе в одной точке. Однако, в промышленной практике, нам часто приходится применять термопары в корпусном исполнении, что обеспечивает их прочность и надежность. Например, большинство промышленных термопар защищены от механических повреждений гильзами из нержавеющей стали или керамики, и они часто оснащены формованными пластиковыми вилками для быстрого присоединения и отключения от измерительного прибора. На фотографии промышленной термопары типа K (20-ти дюймов в длину) видно, что термопара помещена в металлическую оболочку и видна также конструкция разъема для присоединения:

Оболочка из нержавеющей стали этой конкретной термопары показывает признаки изменения цвета из-за предыдущего использования в условиях высокой температуры. Обратите внимание на различные диаметры контактных штырей вилки разъема. Эта «поляризованная» конструкция делает невозможным соединение вилки с соответствующей розеткой в неправильной полярности. Миниатюрная версия этой же вилки (предназначенной для присоединения термопары к винтовым зажимам (винтовому терминалу)) расположена рядом с шариковой ручкой для сравнения размеров:

Некоторые промышленные термопары не имеют никакого разъема вообще, а заканчиваются просто парой неизолированных выводов. Следующая фотография показывает термопару типа J такой конструкции:

Если электронный преобразователь (например, трансмиттер температуры) расположен недалеко и достаточно длины проводов термопары, чтобы достичь контактов его терминала, то естественно, не требуются ни штыри, ни разъемы в цепи. Однако, если, расстояние между датчиком температуры и измерительным прибором слишком велико и длины собственных проводов термопары недостаточно, добавляется специальный терминальный блок – соединительная головка («голова» — по выражению техников), к которому с одной стороны подключают термопару, а с другой стороны пару удлинительных проводов, по которым милливольтовый сигнал термопары передается к измерительному прибору.

Следующая фотография показывает фрагмент такой термопарной «головы»:

Как показано на этой фотографии, винты клеммного блока нажимают непосредственно на твердый металл проводов термопары, создавая надежный электрический контакт между каждым выводом термопары и латунным клеммником. Так как термопара крепится непосредственно к «голове», проволока термопары обрезается внутри терминального блока на длину, необходимую для закрепления на латунном клеммнике.

Оба латунных терминальных блока монтируются на керамической основе. Назначение керамики — уравнять температуру между двумя латунными блоками при сохранении электрической изоляции. Эта сборка иногда называется изотермическим клеммником, потому, что позволяет поддерживать одинаковую температуру всех точек соединения. Резьбовая крышка на «голове» обеспечивает легкий доступ к точкам соединения, включая монтаж и техническое обслуживание, при одновременном обеспечении защиты соединений от воздействия погодных условий.

Провода термопар чаще всего изготавливаются в однопроволочном исполнении, а не в виде скрученного жгута. Общая ошибка техников – устанавливать на провода термопар путем обжатия оконцеватели:

Во-первых, невозможно обеспечить адекватное обжатие при применении оконцевателей для сплошной проволоки любого типа, включая проволоку термопар. Во-вторых, со временем соединение твердой проволоки с оконцевателем ослабнет. В результате появится дефект, определяемый как обрыв термопары. Это усугубляется еще и тем, что эта неисправность относится к классу «исчезающих», что весьма затрудняет её поиск. Оконцеватели правильно использовать в случаях, если в кабеле используется жила из нескольких скрученных вместе проволок, которую нужно присоединить под винт. Для присоединения термопары необходимо сделать кольцо из проволоки термопары и зажать его под винт.

Для использования термопар в различных технологических процессах необходимо выбрать конструкцию защиты наконечника. Для максимальной чувствительности и быстрого отклика «горячий» спай может быть незачехленным (голым). Это исполнение, однако, делает термопару механически более слабой. Защищенные типы являются типичными для промышленного применения. Они бывают в «заземленном» и «незаземленном» исполнении:

Термопары с заземленным «горячим» спаем более быстродействующие и более чувствительные, но измерительные контуры на их основе более уязвимы к паразитным наводкам. Поэтому в большинстве случаев в промышленности применяются изолированные (незаземленные) термопары.На следующей фотографии приведена еще одна конструкция термопарного сенсора:

Модель Rosemount 183

ПОЛЯРНОСТЬ ТЕРМОЭЛЕКТРОДНОГО ПРОВОДА

Определение полярности электрода термоэлектродного провода

Термоэлектродные кабели и провода предназначены для присоединения термопар к средствам измерения температуры. Они развивают термоЭДС, равную термоЭДС термопары, для которой они предназначены. Это достигается применением соответствующих сплавов токопроводящих жил. Для правильного подключения провода к термопаре необходимо точно знать полярность электродов.

В данной таблице приведены полярности наиболее часто встречающихся термопар.

Для проводов используются два основных способа маркировки полярности электродов:

Однозначная принадлежность провода к термопаре определяется цветом его оболочки.

У проводов ПТВВ, ПТФФ, КТМСФЭ, КТМФФЭ, КТМСС, КТМФС, СФКЭ положительный электрод полностью окрашивается в соответствующий цвет, у проводов ККМСЭ, КТМСЭ,  КТСФЭ, ПТН, ПТНЭ маркирование происходит за счет вкрапления в оплетку изоляции нити соответствующего цвета.

Цветовая маркировка электродов согласно ТУ 3567-002-97927353-2010  и IEC 584-3 приведена в таблице.

Кроме всего прочего, отрицательный электрод у проводов типа ХА, положительный у ЖК и KCA имеют ферромагнитные свойства.

Классы допуска для термопарных и термоэлектродных проводов и проволоки

Термопары и термоэлектроды широко используются в промышленности для измерения температуры в различных процессах. Однако точность измерения температуры зависит от многих факторов, включая класс допуска термопарных и термоэлектродных проводов и проволоки. Класс допуска определяет допустимую погрешность измерения температуры, что является важным параметром при выборе подходящей термопары или термоэлектрода для конкретного случая.

В данной статье мы рассмотрим классы допуска для термопарных и термоэлектродных проводов и проволоки в зависимости от стандарта. Мы также представим большую таблицу, которая поможет выбрать наиболее подходящий класс допуска для конкретной задачи.

Класс допуска термопарных и термоэлектродных проводов и проволоки определяется различными стандартами, такими как ГОСТ, ANSI, IEC, JIS и DIN. Каждый стандарт имеет свои требования к точности измерения температуры и классам допуска.

Например, стандарт ANSI определяет следующие классы допуска для термопарных проводов и проволоки:

Стандарты IEC, JIS и DIN также определяют свои классы допуска для термопарных и термоэлектродных проводов и проволоки.

Выбор наиболее подходящего класса допуска зависит от конкретных требований. Например, если точность измерения температуры имеет первостепенное значение, то следует выбрать термопару или термоэлектрод с классом допуска 1. Если точность не так важна, то можно выбрать термопару или термоэлектрод с классом допуска 2 или 3. Кроме того, стоит учитывать и другие факторы, такие как стоимость и доступность термопар и термоэлектродов разных классов допуска.

При выборе термопары или термоэлектрода необходимо также учитывать другие параметры, такие как тип термопары, диапазон измерения температуры, химический состав среды, в которой производится измерение, и другие факторы. Все эти параметры должны быть учтены при выборе наиболее подходящей термопары или термоэлектрода для конкретного случая.

В таблице, которую мы представляем в данной статье, собраны данные о классах допуска для термопарных и термоэлектродных проводов и проволоки в зависимости от стандарта. Таблица поможет выбрать наиболее подходящий класс допуска и учитывать все необходимые параметры при выборе термопары или термоэлектрода.

1 — применяются для изготовления непосредственно термопары; 2 — применяются для соединения термопары с измерительной цепью, термоэлектроды сделаны из тех же материалов, что и термопара; 3 — применяются для соединения термопары с измерительной цепью, термоэлектроды сделаны из менее дорогостоящих материалов чем материалы термопары; 4 — только для термоэлектродных проводов, кабелей и проволоки; 5 — в нормах ASTM E 230 и ANSI MC96.1 обозначается как особый класс (special grade); 6 — в нормах ASTM E 230 и ANSI MC96.1 обозначается как стандартный класс (standard grade).

Класс допуска термопарных и термоэлектродных проводов и проволоки является важным параметром при выборе термопары или термоэлектрода. Выбор наиболее подходящего класса допуска зависит от конкретных требований, таких как точность измерения температуры, доступность и стоимость термопар и термоэлектродов. Важно также учитывать другие параметры, такие как тип термопары, диапазон измерения температуры, химический состав среды, в которой производится измерение, и другие факторы. Все эти параметры должны быть учтены при выборе наиболее подходящей термопары или термоэлектрода для конкретного применения.

Изоляция компенсационных кабелей

Давайте подробнее рассмотрим различные типы изоляций, которые могут встретиться в компенсационных проводах

ПВХ

Этот тип изоляции кабелей дешевле других, он используется для диапазона температур от 30 ° C до 80 ° C. Компенсационные кабели термопар с ПВХ оболочкой являются самым доступным вариантом удлинения провода термопары, однако температурный диапазон у них сильно ограничен и не подойдет для высокотемпературного промышленного нагрева.

ПТФЭ

Изоляция из ПТФЭ используется для диапазона высоких температур от 273 ° C до 250 ° C или 300 ° C на короткое время. ПТФЭ выдерживает воздействие практически всех известных химикатов, масел и жидкостей. Кабель на всем протяжении выполнен в экструдированной форме и поэтому является газо-, паро- и водонепроницаемым, что делает его наиболее подходящим для использования, например, в автоклавах или стерилизаторах.

Стекловолокно

Стекловолоконная изоляция используется для более высокого температурного диапазона, поэтому она часто встречается в различных типах термостойких проводов. Стекловолокно выдерживает температуру от 50 ° C до 400 ° C, в некоторых случаях используется до 800 ° C. Одно- и многопарные варианты доступны в плоском и скрученном виде со многими вариантами. Кабели из керамического волокна используются при температурах до 1400 ° C, которые подходят для использования при нормальной температуре окружающей среды, где существует вероятность возникновения горячей точки, которая может повредить кабели с более низким номиналом, чем ПВХ.

Силикон

Компенсационные кабели с силиконовой изоляцией имеют превосходные свойства устойчивости к высоким температурам благодаря огнестойким составам из силиконового каучука. Подходит для ситуаций, когда существует опасность возгорания. Идеально подходит для тех случаев, где в течение короткого периода времени температура может колебаться, что может привести к тому, что другой кабель станет негибким и хрупким. На сайте Термоэлемент вы можете купить компенсационные кабели с силиконовой изоляцией с экранированием или без, которые работают при температуре до 180 С.

Огнестойкий слюдяной кабель

Изоляция из миканита позволяет получить устойчивость к температуре 750 ° C в течение не менее трех часов в соответствии с требованиями испытания на пламя. Миканит незаменим в ситуациях, когда стратегически важно убедиться, что кабель продолжает работать во время серьезного пожара. Кабель включает в себя высокотемпературную ленту миканита с изоляцией из сшитого полиэтилена на жилах и материалом с низким выделением дыма при горении на подложке и / или внешней оболочке. Используемый материал оболочки не содержит галогенов.

Армированный огнестойкий ПВХ

Армированный огнестойкий ПВХ чрезвычайно полезен там, где необходимо передать ряд сигналов термопары обратно в прибор. Все кабели имеют изолированные жилы, основание и общую оболочку из огнестойкого ПВХ, который обладает хорошими свойствами для уменьшения распространения пламени. Механические свойства этих кабелей соответствуют требованиям стандарта BS EN 60811: 1995.

Небронированный огнестойкий ПВХ

Неармированный огнестойкий ПВХ чрезвычайно полезен там, где необходимо передать ряд сигналов термопары обратно в прибор. Все кабели имеют изолированные жилы, основание и общую оболочку из огнестойкого ПВХ, который обладает хорошими свойствами для уменьшения распространения пламени. Механические свойства этих кабелей соответствуют требованиям стандарта BS EN 60811: 1995.

Термопары и термокомпенсационные провода

Положительный электрод термопары ЖК и отрицательный электрод термопары типа ХА имеют магнитные свойства.

Термопара ТПР не требует установки компенсационного провода, в условиях повышенной температуры окружающей среды необходимо применение жаропрочного кабеля категории КМЖ 2х1, в состав которого входят медные жилы.

Подключая любой тип термопары, следует обращать внимание на полярность. Несоблюдение полярности в условиях перегрева свободных концов термоэлектрического преобразователя приведет к увеличению коэффициента погрешности. Чтобы избежать ошибки в процессе определения полярности и выборе типа удлиненного провода, производители выпускают их в виде двухжильных кабелей с разной расцветкой оболочки каждой отдельной жилы. Цвет провода зависит от цвета изолятора либо обозначается цветной нитью на оплетке. Помимо всех этих обозначений, у некоторых проводов положительные электроды маркируют продольной полоской по всей его длине.

Зависимо от температурных условий, для которых предназначен тот или иной вид термопары изоляция удлинительных кабелей/проводов производится из разных материалов. Для осуществления правильного подбора кабеля или провода важно точно знать производимую термическую нагрузку и условия, в которых будет производиться эксплуатация. От температуры эксплуатации зависит подбор маркировки.

Для проводов ПТВ, ПТГВВ, ПТВВ используют виниловый изоляционный материал, относящийся к ПВХ-пластикатам. Такой тип изоляции способен выдержать температуру до 70 градусов. Специально изготовленный пластикат с характеристиками высокой теплостойкости можно эксплуатировать при температурной нагрузке до 105 градусов.

Провода ПТФФ и ПТФФГ требуют более стойкого изолятора, поэтому в данном случае используют фторопласты, выдерживающие температуры до 200 градусов, а специального производства фторопласты способны выдерживать даже температуры до 250 градусов. Такую температурную нагрузку способен выдерживать еще и силикон, который сравнительно с фторопластом обладает еще и мягкими свойствами, что позволяет снизить угол сгибания провода.

Провода и кабели КТМСЭ и ККМСЭ производят с изоляцией из стеклонити, способной выдерживать 400 градусов температуры. Стеклонити, обладающие высокими показателями термостойкости можно использовать при 650 градусах.

Маркировки проводов СФКЭ, КТМСФЭ, КТСФЭ выпускаются в эксплуатацию с комбинированными изоляторами из стеклонити и фторопласта. Температурную нагрузку в таком случае определяет материал, обладающий меньшими значениями выдержки.

Если в маркировке кабеля есть обозначение «Г» то, это значит, что кабель обладает гибкостью, а жила состоит из семи или даже больше проволок. Такая конструкция отлично подходит для нестационарных прокладок и удобна при монтаже.

Обозначение «Э» говорит о том, что между слоями изоляции кабеля или провода нанесен экран, выполняющий защиту от помех электромагнитного характера, которые способны влиять на показания термопары. Экран обычно изготавливают из луженой меди либо нержавеющего металла. Стальной экран способен не только производить защиту от помех, но и повышает стойкость кабеля к механическим повреждениям.

Компенсационные кабели для подключения термопар

Зачастую требуется подключить термопару как часть очень длинной цепи от самого датчика до удаленного шкафа управления или измерительного прибора. И конечно же всем бы хотелось избежать необходимости изготовления термопары с таким длинным выводом и иметь возможность использовать другие провода.

Идеально было бы иметь возможность подключить недорогой кабель, но для подключения термопары нельзя использовать любой первый попавшийся провод. При подключении термопар к приборам необходимо использовать кабель с такой же выходной ЭДС, что и у термопары, в противном случае стыках соединения термопары см другим проводом возникает ошибочная ЭДС, что приведет к ошибочности измерений. Лучшее решение для удлинения провода термопары — использовать термопарные провода из тех же материалов, из которых сделана и сама термопара. Технические характеристики для некоторых из термопарных и компенсационных проводов указаны в следующей таблице.

Диапазон температуры, при которой может работать кабель, обычно ограничен значениями допуска по температуре материала изоляции.

Более дешевая альтернатива — использовать компенсационные кабели, сплавы которых отличаются от сплавов термопары, но имеют такую ​​же мощность в ограниченном диапазоне температур.

Чтобы это было возможно, термоэлектрические свойства дополнительного проводника не должны слишком сильно отличаться от свойств самой термопары. Удлинительный и компенсирующий кабель — это удобное и экономичное решение, у каждого из которых есть свои плюсы и минусы. В удлинительном кабеле используется провод, номинально совпадающий с проводником самой термопары, который, таким образом, по своей сути обладает аналогичными термоэнергетическими характеристиками и не имеет проблем с подключением.

Ошибка несоответствия, возникающая из-за высокой температуры соединительной коробки, скорее всего, будет относительно небольшой. Удлиннительные кабели дешевле, чем провода термопар, хотя и дороже компенсационных, и чаще всего производятся в удобной форме для транспортировки на большие расстояния, как правило, в виде гибких проводов или многожильных кабелей. Они рекомендуются для максимальной точности.

С другой стороны, компенсационные кабели чуть менее точны, но гораздо дешевле. В них используются совершенно другие относительно недорогие материалы проводников из сплавов, соответствующих определенной термопаре. Таким образом, комбинация вырабатывает выходной сигнал, аналогичный выходному сигналу термопары, но диапазон рабочих температур должен быть ограничен, чтобы ошибка несовпадения оставалась приемлемо малой.

Термопары и компенсационные кабели от компании Термоэлемент

Компания Термоэлемент производит термопары по индивидуальному заказу, так что вы можете сразу указать нужные параметры конструкции, изоляцию и длину кабеля для подключения и измерения температуры с максимальной точностью. Но для удлинения кабеля у нас также имеются в ассортименте компенсационные кабели для термопар, посмотреть параметры наших кабелей вы можете на странице товара.

ПОДБОР КАБЕЛЯ К ТЕРМОПАРЕ

Термопара – наиболее распространённый в промышленности температурный датчик. Существует множество различных видов термопар, в зависимости от параметров: измеряемой температуры, среды измерения и пр. Широкая номенклатура, которая удовлетворит любой спрос. Но подобрав термопару, проблема с измерением температуры и ее регистрацией не решена, необходимо подключить ее к прибору, который измеряет и регистрирует показатели. Обычные провода и кабели тут не подойдут, так как вносят дополнительную погрешность.

Для подключения термопары к прибору используют специальный термопарный, термоэлектродный или компенсационный кабель(провод). В термопарных и термоэлектродных проводах жилы сделаны из материала того же сплава, что и жилы самой термопары. Соответственно для термопары:

В компенсационных проводах, в частности для термопар типа ПП и ПР, используются жилы из сплавов меди.

Существует немалое количество марок кабеля: ПТВ, ПТВВ, ПТГВ, ПТГВВ, ПТГВВЭ, ПТФФ, ПТФФГ, ПТФФГЭ, ККМСЭ, КТМСЭ,

КТМСФЭ, КТСФЭ, СФКЭ,  ПТН, ПТНГ, ПТНЭ, ПТНГЭ, ПТП, ПТПЭ и многие другие. Также встречаются кабели и провода, которые маркированы по разному, имеют разный цвет изоляции, но, по сути являются абсолютно идентичными по конструкции, температуре эксплуатации, материалу изоляции.

Чтобы правильно подобрать кабель или провод необходимо знать температуру и условия его эксплуатации. Зная температуру эксплуатации, подбираем маркировку:

У всей продукции есть свои опции, так же и в термопарном, термоэлектродном, компенсационных кабелях и проводах есть свои:

Кабельный завод СЕНТЕК (ООО Сигнум) зарекомендовала себя как надежного изготовителя термопарного, термоэлектродного, компенсационного кабеля и провода. Кабели изготавливаются в соответствии с  разработанными на нашем предприятии ТУ 3567-002-97927353-2010 (на кабели: ККМСЭ КТМСЭ, КТСФЭ, КТМСФЭ, КТМСС, КТММФЭ, КТМФС, КТМФФ, СФКЭ).