Termočlánek měří teplotu prostřednictvím malého napětí. Kabel mezi sondou a přístrojem je součástí měřicího obvodu. Nevhodné slitiny vodičů, obrácená polarita nebo příliš teplý přechod mohou zkreslit měření, i když všechny vodiče projdou zkouškou spojitosti. Nákupní specifikace má pokrýt přesnost měření i podmínky na trase kabelu.
Uvažujme anonymizovanou ilustrační poptávku pro termočlánek typu K. Odběratel požaduje dva páry (čtyři izolované vodiče), laněné vodiče 20 AWG, izolaci žil PFA, nerezové opletení a provozní rozsah kabelu 0–200 °C. Pro výrobu je to výchozí bod. K nacenění proveditelné konstrukce ještě potřebuje výrobce typ prodlužovacího vedení, třídu tolerance, systém značení a polohu nejteplejších míst i zakončení.
Co je prodlužovací kabel pro termočlánek typu K?
Termočlánek typu K má v místě měření spoj dvou různých slitin niklu. Kladný vodič je ze slitiny niklu a chromu (známé jako Chromel), záporný ze slitiny niklu a hliníku (Alumel). V obvodu vzniká napětí, které souvisí s teplotou měřicího a srovnávacího spoje. Kompatibilní vstup stanovuje teplotu měřicího spoje pomocí kompenzace studeného konce na svorkách. Viz referenční tabulky termočlánků NIST.
Termočlánkové vodiče tvoří měřicí spoj a specifikují se podle měřicího rozsahu sondy. Prodlužovací vodič KX používá stejné jmenovité složení slitin jako termočlánek typu K a přenáší signál v určeném teplotním rozsahu. Kompenzační vodiče KC používají jiné slitiny k přiblížení závislosti napětí na teplotě pro typ K v daném rozsahu. Norma IEC 60584-3:2021 rozlišuje KCA a KCB, takže požadavek pouze na „KC“ je nutné upřesnit. Viz IEC 60584-3:2021.
Běžný měděný měřicí kabel nemůže nahradit prodlužovací pár na trase k termočlánkovému vstupu. Přechod na měď by přesunul srovnávací spoj do místa propojení. Teplotní rozdíl mezi tímto místem a snímačem studeného konce v přístroji může způsobit chybu. Měděná kabeláž může být vhodná za převodníkem v provozu, který termočlánek již měří a kompenzuje. Před schválením specifikace KX ověřte složení obou slitin, polaritu na obou koncích a požadovanou termoelektrickou toleranci.
Jak číst specifikaci dvoupárového termočlánkového kabelu 20 AWG
Dva páry znamenají čtyři izolované signální vodiče. Každý pár má kladný a záporný vodič pro jeden měřicí kanál typu K. Specifikujte trvanlivé značení párů a polarity, které technik pozná na obou koncích i po odstranění pláště. Uveďte systém barevného značení a vydání předpisu, protože barvy podle IEC a ANSI se liší. Samotný počet žil neurčuje jejich sdružení do párů. Příložný vodič se do signálních žil nezapočítává.
Specifikujte 20 AWG na každý vodič. Ověřte počet a průměr drátků a konečný rozměr vodiče vůči vybraným svorkám. Laněný vodič se zpravidla lépe pokládá na trasách s ohyby nebo vibracemi. Plný vodič může být praktický u pevného vedení, pokud vyhoví svorkám. U dlouhé trasy porovnejte odpor smyčky navrženého vedení s požadavky vstupu přístroje. Samotný průřez odpor páru ze slitin niklu neurčuje.
Tabulka uvádí ilustrační poptávku. Přesnou kombinaci je třeba před nabídkou pro projekt technicky potvrdit.
| Parametr | Příklad požadavku |
|---|---|
| Typ termočlánku | Typ K |
| Typ prodlužovacího vedení | KX, nutno potvrdit |
| Počet párů | 2 páry |
| Počet žil celkem | 4 izolované signální vodiče |
| Slitiny vodičů | Nikl-chrom (+) a nikl-hliník (−), přesné složení k potvrzení |
| Konstrukce vodičů | Laněné |
| Průřez vodiče | 20 AWG na vodič |
| Izolace žil | PFA |
| Vnější mechanická ochrana | Opletení z nerezové oceli |
| Požadovaný teplotní rozsah kabelu | 0–200 °C, trvalý provoz k potvrzení |
Úvodní ilustrace schematicky znázorňuje toto uspořádání. Barvy rozlišují pouze páry. Vnitřní plášť je volitelný. Jeho použití a materiál závisejí na schváleném návrhu.
Proč u prodlužovacího kabelu zvolit izolaci PFA?
PFA je fluoropolymer zpracovatelný z taveniny, který lze vytlačovat kolem jednotlivých vodičů. Teplotní odolnost, dielektrické vlastnosti, malá nasákavost a chemická odolnost z něj dělají kandidáta pro provozní trasy vystavené teplu, vlhkosti nebo chemikáliím. Při výběru uveďte látky, jejich koncentrace, dobu působení a způsob čištění. Voda může proniknout netěsným konektorem nebo koncem kabelu. Chemickou odolnost pláště či opletení může být nutné posoudit zvlášť. Viz údaje Chemours pro polymer PFA.
Také FEP lze zpracovat z taveniny a může vyhovovat při nižším tepelném namáhání. PTFE je další možnost pro vysoké teploty a zpracovává se jinak než běžným vytlačováním z taveniny. PFA může vyhovět tam, kde návrh vyžaduje vytlačování a vyšší tepelnou rezervu než navržená konstrukce s FEP. Výběr závisí na konkrétním polymeru, tloušťce izolace, konstrukci, podmínkách trvalého provozu a parametrech celé kabelové sestavy. Více uvádí příručka k izolacím FEP a PFA.
Nerezové opletení a elektrické stínění
V tomto příkladu je nerezové opletení vnější mechanickou vrstvou. Může zvýšit odolnost proti oděru, chránit kabel před stykem s drsnými povrchy nebo jiným vnějším poškozením a zpevnit svazek. Popište mechanické namáhání včetně zajištění konců opletení a upevnění kabelu. Kovový vzhled sám má o účinnosti elektrického stínění malou vypovídací hodnotu. Viz technický katalog termočlánkových kabelů a kabelů pro snímače RTD od OMERIN.
| Konstrukce | Hlavní funkce | Co specifikovat |
|---|---|---|
| Opletení z nerezové oceli | Ochrana proti oděru a mechanické zpevnění | Namáhání, konstrukce opletení a zajištění konců |
| Opletení z pocínované mědi | Vodivé stínění proti EMI se spolehlivým zakončením | Pokrytí, dílčí nebo celkové stínění a pospojování opletení na obou koncích |
| Hliníková fólie s příložným vodičem | Stínění s vysokým pokrytím kolem páru nebo svazku | Přesah fólie, kontakt s příložným vodičem a zakončení či izolování každého stínění |
Opletení z pocínované mědi lze sevřít vodivým zakončovacím prvkem. Pokrytí závisí na vazbě opletení. Hliníková fólie může pokrýt větší část obvodu bez výrazného zvětšení rozměrů. Praktické elektrické spojení zajišťuje příložný vodič. Ten slouží k připojení stínění a má zůstat oddělený od signálního obvodu termočlánku. Účinnost stínění ovlivňují přesah fólie, ohyb a zakončení.
Povede-li kabel v blízkosti frekvenčních měničů, spínacích zařízení nebo přívodů k motorům, podle potřeby specifikujte samostatné elektrické stínění pod mechanickým opletením. Dílčí stínění párů pomáhá omezit vazbu mezi kanály. Celkové stínění řeší rušení pronikající zvenčí. Podle pokynů výrobce přístroje a koncepce EMC provozu určete, kde se jednotlivá stínění a opletení připojí k pospojování nebo izolují. Uveďte to na výkresu zakončení, aby montáž zachovala zamýšlenou izolaci i spojitost.
Co znamená požadavek na kabel pro 200 °C?
Nezávisle posuďte tři teplotní meze:
- Měřicí spoj. Konec sondy musí vyhovovat teplotě procesu s ohledem na její plášť a montáž.
- Tolerance prodlužovacího vedení. Typ a třída vodiče určují přípustnou odchylku od referenční termoelektrické odezvy v určeném teplotním intervalu. IEC 60584-3:2021 pro KX uvádí rozsah platnosti tolerance od −25 °C do +200 °C. Specifikujte třídu a vydání normy. Jde o interval termoelektrické tolerance.
- Provozní teplota kabelu. Izolace, případný vnitřní a vnější plášť i ostatní součásti musejí vydržet dané působení v hotové sestavě. Vyžádejte si rozsah trvalého provozu pro navrženou konstrukci. Oddělte krátké teplotní špičky a montážní teploty od požadavku na trvalý provoz.
Například sonda může měřit v rozsahu 0–600 °C, prodlužovací kabel může být požadován pro 0–200 °C a protikus konektoru pro 0–100 °C. Konec sondy může zasahovat do procesu, zatímco hlava a konektor jsou mimo horkou zónu. Ověřte teplotu u hlavy, konektoru a podél celé trasy včetně míst ohřívaných sáláním. Pokud by teplota zástrčky mohla dosáhnout 120 °C, přesuňte ji do chladnějšího místa nebo zvolte konektor s odpovídajícím rozsahem. Izolace PFA sama nedokládá trvalý provoz hotové sestavy při 200 °C.
Jak specifikovat prodlužovací kabel typu K na míru
Tento seznam pomáhá porovnat nabídky. Má-li dodavatel navrhnout řešení, uveďte provozní požadavek a položky výkresu, které potřebují schválení.
| Položka poptávky | Co uvést nebo potvrdit |
|---|---|
| 1. Typ termočlánku | K, J, T, E nebo jiný typ podle přístroje a sondy. |
| 2. Typ kabelu | Provedení prodlužovacího vedení nebo přesný typ kompenzačního vedení. |
| 3. Slitiny vodičů | Jmenovité složení a polarita každého vodiče. |
| 4. Třída tolerance | Norma a její vydání, třída a požadovaný rozsah platnosti. |
| 5. Počet párů a žil | Počet obvodů a všech izolovaných signálních vodičů. |
| 6. Průřez vodičů | AWG nebo plocha průřezu každého vodiče. |
| 7. Konstrukce vodiče | Plný či laněný vodič, skladba lanění a omezení svorek. |
| 8. Izolace žil | PFA, FEP nebo PTFE a případné požadavky na tloušťku stěny nebo dielektrické vlastnosti. |
| 9. Značení | Systém barev, čísla párů, polarita a značení kabelu. |
| 10. Elektrické stínění | Dílčí či celkové stínění, materiál, příložný vodič a zakončení. |
| 11. Mechanická ochrana | Nerezové opletení nebo jiná ochrana a očekávané namáhání. |
| 12. Vnitřní a vnější plášť | Materiály, mezní vnější průměr a působení chemikálií nebo vlhkosti. |
| 13. Provozní teplota | Trvalý rozsah, nejteplejší místa, špičky a montážní podmínky. |
| 14. Délka a balení | Celkové množství, přířezy nebo délka na bubnu a označení bubnů. |
| 15. Zkoušky a doklady | Schválení výkresu, zkušební metody, kritéria přejímky a požadované protokoly. |
Pokud poptáváte i sondy nebo konektory
U každé sondy potvrďte délku zasunutí, rozměry pláště, procesní připojení a rozsah měřicího spoje. U každé zástrčky či zásuvky upřesněte velikost, zda jde o vidlici či zásuvku, protikus, typ termočlánkových kontaktů, polaritu, kabelový vstup a teplotní rozsah. Ověřte, kde sonda, kabel a konektory přecházejí mezi teplotními zónami. Výkres zakončení může označit všechna rozhraní a přiřazení kanálů.
Použití v průmyslu
- Petrochemické provozy a rafinerie používají termočlánkové obvody mezi hlavami snímačů v provozu a monitorovacím zařízením. Ověřte sálavé teplo na trase a působení olejů nebo čisticích prostředků.
- Výroba energie používá termočlánkové vstupy ke sledování teplot u kotlů a pomocných zařízení. Pokud je to možné, veďte měřicí kabeláž mimo silně rušící napájecí trasy.
- Výroba oceli, hutnictví a pece pro tepelné zpracování často vyžadují chladnější přechod mimo horký prostor a mechanickou ochranu v místech průchodu kolem zařízení či podpěr.
- Chemický průmysl vyžaduje ověření všech exponovaných vrstev, konektoru a jeho těsnění vůči skutečnému působení postřiku nebo oplachu.
- Procesní automatizace a regulace teploty mohou používat více párových žil v jednom kabelu pro několik kanálů k rozvaděči převodníků nebo ke vstupnímu modulu PLC. Označte páry podle smyček nebo kanálů, aby je technik při uvádění do provozu dohledal.
Proč poptat prodlužovací kabel pro termočlánky u DEV CABLE?
DEV CABLE vyrábí průmyslové kabely na míru v Číně. Sortiment stíněných prodlužovacích kabelů pro termočlánky zahrnuje výrobní typy K, T, J a E a několik skupin izolačních materiálů. Při posouzení projektu lze řešit jedno- či vícepárové provedení, plné či laněné vodiče, průřez, konečné rozměry, stínění a mechanickou ochranu. Zašlete výkresy a specifikaci a ověřte minimální odběr pro navrženou konstrukci včetně možnosti menší série.
Požadavky na PFA, FEP nebo PTFE včetně izolace PFA s nerezovým opletením se posuzují pro konkrétní projekt. Technické ověření zahrnuje slitiny vodičů, kompatibilitu materiálů, rozměry a provozní meze. DEV CABLE před expedicí provádí 100% zkoušku elektrické spojitosti. Ověření termoelektrické tolerance, zkoušky izolace a dokumentaci potřebnou k přejímce dohodněte samostatně.
