При настройке датчиков температуры вы столкнетесь с необходимостью выбора защитного кожуха для термопары, а также с требованиями к его размеру и материалу. Иногда защитный кожух для термопары также называют термогильзой или защитной трубкой для датчика температуры.
Итак, что же такое защитная оболочка для термопары и как её выбрать? Основываясь на опыте компании Sino-Inst, мы составили это руководство, чтобы помочь вам разобраться в защитных оболочках для термопар и выбрать подходящую.
Что такое оболочка термопары?
Термопарный кожух представляет собой полую трубку, закрытую с одного конца и имеющую резьбу или фланец с другого. Он постоянно устанавливается в трубах, резервуарах или отстойниках, чтобы в полую трубку можно было вставить измерительный зонд для измерения температуры содержимого. Он также служит защитным кожухом для датчика температуры (терморезистора или термопары) от воздействия опасных материалов или агрессивной среды.
В соответствии со стандартами ASTM, оболочка термопары определяется как закрытая, вставляемая трубка, используемая для размещения и фиксации чувствительного к температуре элемента в контейнере.
Принцип работы оболочки термопары
Термопарный кожух служит барьером между рабочей средой и датчиком измерения температуры. Этот барьер защищает датчик от коррозионных воздействий рабочей среды, а также от жидкостей под давлением или с высокой скоростью потока. Термопарный кожух также обеспечивает целостность системы, позволяя легко извлекать датчик температуры из системы для технического обслуживания.
Базовая структура оболочки термопары
Базовая структура обычной оболочки термопары показана на схеме ниже:
- Диаметр внутреннего отверстия (B): это внутренний диаметр термогильзы.
- Глубина бурения (S): Общая длина скважины.
- Длина погружения (U): Длина погружения термогильзы, часто обозначаемая как длина «U», — это расстояние от дна технологического соединения до верхней части термогильзы.
- Технологическое соединение: это способ установки термопары и её подключения к технологическому процессу, связанному с данным элементом. Наиболее распространёнными являются резьбовое, сварное и фланцевое соединения.
- Структурная часть: это погруженная часть (стебель) структуры. Большинство из них делятся на три категории: прямые, ступенчатые или сужающиеся.
- Прямой стержень имеет одинаковые размеры по всей длине погружения. В большинстве случаев прямой стержень или прут используется, когда дополнительная прочность не требуется.
- В некоторых случаях ступенчатый стержень имеет больший внешний диаметр на конце длины погружения для улучшения времени отклика.
- Коническая форма постепенно уменьшается по длине погружения. Конические термогильзы предназначены для применения в условиях высоких скоростей потока, где требуется повышенная прочность. Особое внимание следует уделить вибрационным эффектам, вызванным потоком жидкости через термогильзу.
- Длина удлинительного отрезка с теплоизоляцией (Т): Удлинительный отрезок с теплоизоляцией, часто называемый «Т-образным» отрезком, расположен на холодной стороне технологического соединения и обычно представляет собой шестиугольный отрезок.
- Диаметр основания (Q): это внешний размер стержня термогильзы, самой плотной части, поскольку именно внешняя поверхность подвергается воздействию вредных веществ в процессе эксплуатации.
- Толщина наконечника (E): Толщина дна термогильзы.
- Диаметр наконечника (V): Диаметр конца термогильзы.
Далее рассмотрим факторы, которые следует учитывать при выборе оболочки для термопары:
Тип
Оболочки термопар классифицируются в зависимости от конструкции стержня.
Прямые оболочки термопар имеют одинаковый диаметр по всей длине введения и обеспечивают защиту от коррозии и эрозии.
Ступенчатые оболочки термопар обычно имеют диаметр 3/4 дюйма в верхней части и сужаются до 1/2 дюйма ближе к кончику. Уменьшенная площадь поверхности обеспечивает более плавный поток и более быструю реакцию датчика на изменение температуры.
Конические оболочки термопар имеют диаметр, постепенно уменьшающийся по всей длине введения. Они обладают превосходной прочностью и быстрой реакцией на изменения температуры. Конические оболочки термопар чаще всего используются в системах с высоким расходом.
Материалы
Выбор материала оболочки термопары зависит от условий процесса, таких как коррозионная активность измеряемой жидкости. Для применений с низким давлением и низкой температурой для изготовления оболочек термопар можно использовать тефлон. Оболочки термопар могут быть изготовлены из различных материалов, включая латунь, углеродистую сталь (A105), нержавеющую сталь (SS304, SS304L, SS310, SS316, SS316L, SS446, SS410, SS317, SS317L, SS321), монель, хастеллой, карпентер 20, инконель, инколой, никель и титан.
| Материалы | Температура использования | Особенности и использование |
| 1Cr18Ni9Ti | -200 ~ 800 ℃ | Обладает стойкостью к высокотемпературной коррозии и обычно используется как жаропрочная сталь общего назначения; |
| 304 | -200 ~ 800 ℃ | Низкое содержание углерода, хорошая стойкость к межкристаллитной коррозии, обычно используется в качестве общей жаростойкой стали; |
| 316 | -200 ~ 750 ℃ | Низкое содержание углерода, хорошая стойкость к межкристаллитной коррозии, используется в качестве коррозионностойкой стали; |
| 316L | -200 ~ 750 ℃ | Сверхнизкое содержание углерода, хорошая устойчивость к межкристаллитной коррозии, используется в качестве коррозионностойкой стали; |
| монель | -100 ~ 700 ℃ | Никелевый сплав обладает хорошей стойкостью к межкристаллитной коррозии и подходит для использования в коррозионностойких средах, таких как сильная серная кислота; |
| Хастелли C-276 | -100 ~ 700 ℃ | Он обладает превосходной стойкостью к межкристаллитной коррозии и используется в качестве коррозионностойкой стали; |
| Inconel600 | -100 ~ 1000 ℃ | Сплав железа с никелем и хромом обладает превосходной стойкостью к высокотемпературному окислению и обычно используется в качестве жаропрочной стали; |
| 310S | -200 ~ 1000 ℃ | Он обладает стойкостью к высокотемпературному окислению и коррозии и обычно используется как жаропрочная сталь; |
| GH3030 | 0 ~ 1100 ℃ | Жаропрочная легированная сталь на основе никеля обладает превосходной стойкостью к окислению и коррозии и обычно используется в качестве жаропрочной стали; |
| GH3039 | 0 ~ 1300 ℃ | Жаропрочная легированная сталь на основе никеля обладает превосходной стойкостью к окислению и коррозии и обычно используется в качестве жаропрочной стали; |
| Высокий глинозем | 0 ~ 1300 ℃ | Промышленные керамические трубы с превосходной стойкостью к окислению и коррозии; |
| Корунд | 0 ~ 1600 ℃ | Промышленные керамические трубы с превосходной стойкостью к окислению и коррозии; |
| 3YC52 | 0 ~ 1300 ℃ | Жаропрочный сплав с отличной стойкостью к окислению, коррозии, механическими свойствами и подходит для мест с высокими температурами; |
| Молибден дисилицид | 0 ~ 1600 ℃ | Он обладает превосходной стойкостью к окислению, коррозионной стойкостью, хорошими механическими свойствами и подходит для мест с высокими температурами; |
| PTFE | -150 ~ + 300 ℃ | Устойчив к коррозии практически всеми органическими растворами. Обычно используется в качестве коррозионностойкой трубы; |
| Примечание: По другим вопросам обращайтесь в службу поддержки клиентов! | ||
Способы монтажа и размеры
Термогильзы с резьбой:
Они используются в трубах меньшего диаметра для измерения температуры некоррозионных жидкостей, при этом оболочка термопары ввинчивается в трубу.
Фланцевые термогильзы:
Термопарные термодатчики с фланцами крепятся к трубе с помощью гаек и болтов на фланцевом конце. Термогильза имеет фланцевое кольцо, которое соединяется с ответным фланцем. тип термопары Оболочка используется в случаях, когда требуется частая замена или снятие.
Фланцевые термогильзы используются в условиях высоких температур.
Приварные термогильзы:
Термогильзы привариваются непосредственно к трубе. Поскольку термогильза приваривается к трубе, она используется для постоянных соединений.
Длина зонда
Наконечник датчика температуры должен соприкасаться с нижней частью оболочки термопары. Датчик температуры (например, термометр, термопара или резистивный датчик температуры) помещается в открытый конец термогильзы и обычно подпружинивается для обеспечения контакта металла с металлом между внешним наконечником датчика температуры и внутренним наконечником термогильзы. Поскольку воздух действует как изолятор, датчик должен быть максимально плотно прилегать, чтобы минимизировать кольцевой зазор.
В настоящее время не существует стандартного метода выбора длины зонда в зависимости от типа термопары. Различные стандарты определяют разные длины зондов для термопар, а размеры датчиков, таких как термометры, терморезисторы и термопары, также различаются. Соответствующая длина зонда должна выбираться в зависимости от типа датчика температуры.
Для достижения максимально возможной точности рекомендуется, чтобы длина погружения была достаточной, чтобы вся чувствительная к температуре часть измерительного прибора могла полностью войти в измеряемую среду.
При использовании датчика температуры для измерения температуры жидкости устройство должно быть погружено в раствор. Длина чувствительной к температуре части должна быть увеличена как минимум на один дюйм. Для газов или воздуха устройство должно быть погружено на длину чувствительной к температуре части плюс 3 дюйма.
Чувствительная к температуре часть термопары или термистора короткая; поэтому можно использовать термогильзу с меньшей длиной погружения. Чувствительные к температуре части биметаллических термометров, терморезисторов и жидкостных термометров имеют длину от 1 до 2 дюймов и должны быть погружены в жидкость как минимум на 2 дюйма для достижения приемлемой точности.
Диаметр зонда
Диаметр обсадной трубы следует выбирать в зависимости от номинального давления. Для средних и низких давлений можно использовать трубы диаметром 25-19 мм (от большого конца до малого). Для высоких давлений можно использовать трубы диаметром 32-21 мм (от большого конца до малого).
Производственный процесс
Корпуса термопар и резистивных термометров изготавливаются двумя способами: сварка стальных труб и цельнолитое сверление.
Сварные стальные трубы имеют один герметичный конец, а оболочка, как правило, имеет тонкую стенку и большой внутренний диаметр, что приводит к низкой устойчивости к давлению, всего до 6.4 МПа. Если оболочка установлена на трубопроводе, даже при низком рабочем давлении, она может разрушиться и повредиться из-за вибрации, вызванной высокой скоростью потока жидкости.
Цельнолитой буровой механизм формируется путем сверления сплошного стержня. Корпус имеет малый внутренний диаметр и плотно прилегает к измерительному элементу, что обеспечивает высокую скорость отклика, хорошую виброустойчивость и высокую устойчивость к давлению, достигающую более 30 МПа.
Дополнительные решения для измерения температуры
Датчики температуры редко размещаются непосредственно в промышленных процессах. Обычно их помещают в термопарные оболочки, чтобы изолировать от потенциально опасных условий процесса, таких как поверхностное натяжение жидкости, высокое давление и коррозионные химические вещества. Благодаря термопарным оболочкам датчики можно быстро и легко извлечь из технологической среды для калибровки и замены без остановки процесса или слива рабочей среды из трубопроводов и емкостей.
Выбор подходящей оболочки для термопары — сложная и непростая задача. На этапе проектирования вам, возможно, потребуется учесть особенности как самого датчика температуры, так и оболочки термопары. Если после прочтения этого руководства у вас остались вопросы по выбору оболочки для термопары, пожалуйста, свяжитесь с нами.