Czujniki płaszczowe – szybkość, elastyczność i ograniczenia
Czujniki płaszczowe nie są nowością dla użytkowników przemysłowych pomiarów temperatury. Warto jednak przypomnieć, dlaczego pozostają jednym z najbardziej uniwersalnych rozwiązań oraz o czym należy pamiętać przy ich doborze.
Czujniki płaszczowe mogą być wykonywane jako termopary lub czujniki rezystancyjne. W przypadku termopar dostępne są m.in. typy J, K, N, E, T, B, R, S i C, a wykonania rezystancyjne mogą mieć różne układy połączeń, w tym 2-, 3- lub 6-przewodowe.
Co znajduje się wewnątrz płaszcza?
W termoparach MI przewody termoelektryczne są umieszczone w metalowej osłonie i otoczone silnie zagęszczoną izolacją mineralną. Taka konstrukcja zapewnia:
- krótki czas reakcji,
- wysoką stabilność mechaniczną,
- odporność na drgania i naprężenia,
- możliwość pracy w wysokich temperaturach,
- dobrą ochronę przewodów pomiarowych przed środowiskiem zewnętrznym,
- możliwość wykonywania czujników o znacznej długości.
Czujniki mogą być pojedyncze, podwójne, a w wybranych konstrukcjach również potrójne. Termopary płaszczowe są dostępne w szerokim zakresie średnic – od około 0,5 do 12,7 mm.
Elastyczność nie tylko w dosłownym znaczeniu
Jedną z najważniejszych zalet przewodu płaszczowego jest możliwość jego wyginania i dopasowania do miejsca montażu. Najczęściej przyjmuje się minimalny promień gięcia wynoszący około trzykrotność średnicy płaszcza. Pozwala to prowadzić czujnik w ograniczonej przestrzeni oraz łatwiej dopasować go do konstrukcji maszyny, pieca lub instalacji.
Elastyczność dotyczy również samej konfiguracji. Czujniki płaszczowe mogą być zakończone:
- przewodem o dobranych parametrach,
- głowicą przyłączeniową,
- złączem standardowym, miniaturowym, LEMO lub innym uzgodnionym z odbiorcą.
W termoparach można zastosować spoinę pomiarową zwartą z płaszczem, odizolowaną albo eksponowaną. Każde z tych rozwiązań zapewnia inny kompromis pomiędzy szybkością reakcji, odpornością mechaniczną i separacją elektryczną.
Materiał płaszcza ma znaczenie
W zależności od temperatury oraz składu chemicznego środowiska można stosować różne materiały osłony, m.in. stale SS304, SS316L, SS321, SS310 i SS446, a także stopy Inconel 600 czy Inconel 601.
Nie istnieje jednak jeden materiał odpowiedni do wszystkich procesów. Dobór płaszcza powinien uwzględniać nie tylko temperaturę, ale również obecność gazów, substancji chemicznych, ciśnienie, prędkość przepływu oraz ryzyko ścierania lub korozji.
Gdzie stosuje się czujniki płaszczowe?
Zakres zastosowań jest bardzo szeroki: piece przemysłowe, rafinerie, instalacje petrochemiczne, energetyka, hutnictwo, przemysł chemiczny, przetwórstwo tworzyw sztucznych, lotnictwo, motoryzacja, przemysł spożywczy i farmaceutyczny, HVAC, laboratoria oraz stanowiska badawcze.
Sprawdzają się wszędzie tam, gdzie liczy się szybka odpowiedź pomiarowa, niewielka średnica, odporność na drgania albo możliwość wykonania czujnika w nietypowym kształcie i długości.
A jakie są ograniczenia?
Cieńszy płaszcz zazwyczaj oznacza szybszą reakcję, ale jednocześnie mniejszą odporność mechaniczną. Większa średnica poprawia trwałość, lecz może wydłużyć czas odpowiedzi.
Nie każdy materiał osłony nadaje się również do gięcia. Niektóre gatunki przeznaczone do pracy w bardzo wysokich temperaturach mogą być kruche lub wymagać szczególnych zasad formowania. Czujnika nie należy wyginać zbyt blisko spoiny pomiarowej ani zakończenia. Trzeba także pamiętać, że nawet najlepsza konstrukcja MI nie będzie trwała, jeśli materiał płaszcza zostanie niewłaściwie dobrany do środowiska procesu.
Dokładność powinna być określona zgodnie z wymaganiami odpowiedniej normy, np. ASTM E230 lub IEC 60584-1, wcześniej oznaczanej jako IEC 584-1.
Czujniki płaszczowe nie są rozwiązaniem całkowicie pozbawionym ograniczeń. Ich największą zaletą pozostaje jednak możliwość precyzyjnego dopasowania konstrukcji do konkretnej aplikacji. O trwałości i jakości pomiaru decyduje nie tylko typ termopary, lecz cały zestaw parametrów: średnica, materiał płaszcza, rodzaj spoiny, długość, sposób montażu oraz warunki procesu.
