Termoelementisolering

Innehåll

1. Standardisoleringsmaterial
2. Keramiska isolatorer
3. Mineralisolerade termoelement (MIMS)
4. Avancerade Mantelmaterial och minimering av drift
5. Sammanfattning

Även om termoelement i vissa fall kan fungera utan isolering kräver de flesta praktiska tillämpningar att de skyddas från de medier och den miljö där de används. Detta skydd omfattar vanligtvis både elektrisk isolering och en mekanisk mantel. Skyddsmantlar isolerar inte bara termoelementet elektriskt utan skyddar också mot mekaniska skador, kemisk korrosion och termisk påkänning.

Som en allmän riktlinje bör exponerade termoelementlödställen reserveras för mätning av statiska eller strömmande icke-korrosiva gastemperaturer - särskilt där snabb termisk respons är avgörande. I mer krävande miljöer, såsom sådana med korrosiva gaser eller vätskor, är ett isolerat lödställe mer lämpligt. Även om detta kan minska responshastigheten förbättrar det avsevärt hållbarheten och säkerheten. För ännu större motståndskraft och responshastighet under tryck eller i korrosiva miljöer föredras vanligtvis jordade termoelementlödställen, där trådarna är svetsade till mantelspetsen.

Standardisoleringsmaterial

Ett brett utbud av standardisoleringsmaterial används i konstruktion av termoelement. Dessa är ofta färgkodade enligt termoelementtyp enligt riktlinjerna i IEC 60584-3. Även om det inte finns någon enhetlig internationell standard för isoleringsmaterial har teknisk praxis lett till att sex kärnmaterial har antagits:

• PVC: Lämpligt från -30°C till +105°C och tillgängligt i olika konstruktioner.
• PFA: Utökar området från -273°C upp till +250°C (eller 300°C under korta tidsperioder), vilket gör det idealiskt för extrema miljöer.
• Lackimpregnerad glasfiber: Kan användas från -50°C till +400°C.
• Olackerad glasfiber: Utökar detta område till 500°C, och i vissa fall upp till 800°C.

Alla standardiserade termoelementtyper kan användas med dessa material, vilket gör dem mycket mångsidiga.

Keramiska isolatorer

För industriella högtemperaturtillämpningar används keramiska isolatorer i stor utsträckning. Alternativen varierar beroende på termoelementtyp och temperaturområde:

• Tvåhåliga porslinskeramiska pärlor: Används ofta för termoelement av oädel metall med trådar på 1 mm eller mer.
• Mullit (aluminiumsilikat): Paras ofta med Termoelement Typ K, särskilt i ugnsmiljöer.
• Aluminiumoxid med hög renhet: Föredras för platinabaserade termoelement för att minimera föroreningsrisker.

Mineralisolerade termoelement (MIMS)

Den mest använda formen av termoelement i modern industri är den mineralisolerade, metallmantlade konstruktionen (MI eller MIMS). Dessa givare består av termoelementtrådar inbäddade i ett kompakterat mineralpulver, vanligtvis magnesiumoxid, inneslutna i en sömlös metallmantel. Denna struktur ger:

• Utmärkt mekanisk hållfasthet
• Hermetiskt tätat skydd
• Högt isolationsmotstånd
• Liten, flexibel formfaktor
• Motståndskraft mot vibrationer, högt tryck och aggressiva miljöer

MIMS-termoelement arbetar över ett utökat temperaturområde från -200°C till +1250°C och finns med 2 till 6 ledare, i diametrar från 0.25 mm till 10.8 mm.

De stöder också en mängd olika termoelementtyper och mantelmaterial, inklusive rostfritt stål, mjukt stål, Inconel och Nicrotherm-legeringar. Mätlödställen kan vara:

• Exponerade: Ger den snabbaste responsen
• Isolerade: Elektriskt isolerade för att förhindra jordslingor
• Jordade: Svetsade till mantelspetsen för snabb respons och mekanisk hållbarhet

MIMS-termoelement är inte bara allmänt tillgängliga och kostnadseffektiva utan kan anpassas för specifika miljöer med olika mantel- och termineringsalternativ. De är särskilt lämpade för extrema industriella förhållanden.

Avancerade mantelmaterial och minimering av drift

Trots sina fördelar kan MIMS-termoelement möta utmaningar:

• Olika termiska expansionshastigheter mellan mantelmaterial (som rostfritt stål) och termoelementtrådar (såsom typ K och N) kan leda till utmattningsbrott.
• Ångdiffusion av mantelmaterial in i termoelementtrådarna kan leda till förorening, kalibreringsdrift och prestandaförsämring.
• Vatteninträngning under tillverkning eller reparation kan orsaka minskat isolationsmotstånd och förtida fel.

För att hantera dessa utmaningar har specialiserade mantellegeringar utvecklats:

• Nicrotherm: En mantellegering för hög temperatur och låg drift, optimerad för användning med Termoelement Typ N.
• Nicrobell B: En modifierad Nicrosil-legering med tillsatt magnesium och niob för att förbättra beständigheten mot oxidation, värme och korrosion upp till 1250°C.
• Nicrobell C: Förbättrar Nicrobell B med ökad kromhalt för överlägsen korrosionsbeständighet.
• Nicrotherm D™: Den senaste utvecklingen, konstruerad med reducerat mangan och aluminium för att minimera elementdiffusion genom isoleringen. Den erbjuder utmärkt motståndskraft mot uppkolande miljöer och ger betydligt lägre drift än Inconel 600 eller 310 rostfritt stål vid höga temperaturer.

För tillämpningar med mycket hög temperatur eller korrosiva miljöer rekommenderas det generellt att undvika MIMS-kablar med mycket liten diameter, eftersom hållbarhet och prestanda är nära korrelerade med kabelstorlek.

Sammanfattning

Termoelementisolering spelar en avgörande roll för att säkerställa mätnoggrannhet, mekaniskt skydd och miljöbeständighet. Från grundläggande PVC- och glasfiberhöljen för låga till medelhöga temperaturer, till högpresterande keramiska och mineralisolerade konstruktioner för extrema förhållanden, måste valet av isolering och mantelmaterial anpassas till tillämpningens temperaturområde, medier och mekaniska krav. Avancerade mantellegeringar som Nicrotherm D™ ger nu överlägsen långsiktig stabilitet och motståndskraft i högtemperatur- eller korrosiva miljöer, vilket säkerställer tillförlitlig prestanda även under de mest krävande förhållanden.

Vidare läsning

Vilka är de olika termoelementtyperna?
Utforska egenskaperna och kännetecknen hos de olika termoelementtyperna

Utdatatabeller för termoelement
Visa tabeller över EMF mot temperatur för alla termoelementtyper.

Vilka är färgkoderna för termoelement?
Utforska färgkoder för termoelement för kabel och kontakter.