Типи термопар: у чому різниця і як обрати
Один і той самий термометр із термопарою «не того» типу може показати цілковиту нісенітницю. Літера K, J чи S на зонді – це не просто маркування, а фактично «рецепт» металів усередині, від якого залежить, які температури термопара витримає й наскільки точно виміряє. Розберемося, які бувають типи термопар, чим вони відрізняються і як не помилитися з вибором.
Чому взагалі є різні типи
Термопара – це спай двох різнорідних металів, який генерує невелику напругу залежно від температури. Уся хитрість у тому, яка саме пара металів використана. Від цього залежать чотири головні речі:
- діапазон температур – від мінусових до понад 1700°C у різних типів;
- чутливість – наскільки сильний сигнал термопара дає на кожен градус;
- точність і стабільність – наскільки показники не «пливуть» із часом;
- стійкість до середовища – окислення, вологи, агресивних газів.
Стандартів на типи термопар два – міжнародний IEC 60584 і американський ASTM E230. Разом вони визначають вісім основних типів термопар, які позначають латинськими літерами J, K, T, E, N, S, R, B. Їх зручно поділити на дві родини.
Родина перша: термопари з недорогоцінних металів (K, J, T, E, N)
Це «робочі конячки» вимірювання температури – недорогі, надійні, доступні в безлічі виконань. Саме їх використовують у переважній більшості завдань.
Тип K (хромель / алюмель) – найпоширеніший і найуніверсальніший тип у світі. Охоплює широкий діапазон приблизно від −200 до +1370°C, недорогий, доступний у будь-якій формі зонда. Це вибір «за замовчуванням» для загальних завдань: печі, нагрівальні елементи, промисловість, сервіс, побут. У пострадянській системі позначень йому відповідає скорочення ТХА. Саме термопари K-типу стоять у більшості портативних термометрів.
Тип J (залізо / константан) – теж поширений, але з вужчим діапазоном, приблизно від −40 до +750°C. Залізна гілка з часом схильна до іржі, а вище ~760°C термопара безповоротно втрачає калібрування. Натомість тип J добре працює у відновних (безкисневих) середовищах і досі популярний на старішому обладнанні, у котлах і печах.
Тип T (мідь / константан) – найкращий вибір для низьких і мінусових температур, приблизно від −200 до +350°C. Дуже стабільний на холоді й стійкий до вологи, тому його використовують у холодильній техніці, кріогеніці, харчовій промисловості та лабораторіях.
Тип E (хромель / константан) – має найвищий вихідний сигнал серед поширених типів, тобто найчутливіший. Діапазон приблизно від −200 до +900°C. Завдяки сильному сигналу дає добру точність на помірних температурах, тому його обирають там, де важлива чутливість вимірювання.
Тип N (нікросил / нісил) – свого роду «покращений тип K». Діапазон приблизно до +1300°C, але помітно стабільніший і стійкіший до окислення при тривалій роботі на жарі. Поступово набуває популярності як заміна K для високотемпературних задач без переходу на дорогі платинові термопари.
Родина друга: термопари з дорогоцінних металів (R, S, B)
Ці типи виготовляють із платини та родію, тому вони дорогі. Їхня стихія – дуже висока температура й еталонна стабільність, але через низьку чутливість для звичайних побутових вимірювань вони не використовуються.
Тип S (платина-10% родій / платина) – дуже стабільний, витримує приблизно до +1600°C. Настільки точний, що застосовується як еталон у лабораторіях і метрології.
Тип R (платина-13% родій / платина) – близький «родич» типу S із трохи вищим сигналом, теж приблизно до +1600°C. Використовується у високотемпературних промислових процесах.
Тип B (платина-30% родій / платина-6% родій) – витримує найвищі температури, приблизно до +1700…1800°C, але має цікаву особливість: нижче ~50°C він фактично не працює (дає однаковий сигнал за 0 і за 42°C). Застосовується у найгарячіших процесах – скловарінні, металургії.
Як обрати тип під свою задачу
Якщо звести все до практики:
- універсальний вибір, широкий діапазон, побут і промисловість → тип K;
- низькі й мінусові температури, холод, кріогеніка → тип T;
- відновні (безкисневі) середовища, старе обладнання, котли → тип J;
- максимальна чутливість і точність на помірних температурах → тип E;
- тривала робота при високій температурі зі стабільністю → тип N;
- дуже висока температура (понад 1300°C) та еталонні вимірювання → платинові типи R, S, B.
Два важливі уточнення наостанок. По-перше, тип термопари не варто плутати з формою зонда. Один і той самий тип K може бути виконаний як поверхневий, голчастий, занурювальний, повітряний чи гнучкий датчик – форму обирають під об'єкт вимірювання, а тип під температуру й середовище. По-друге, термопару й термометр треба узгоджувати за типом. Якщо прилад розрахований на тип K, до нього під'єднують саме термопару K (деякі багатоканальні прилади додатково приймають ще й тип J).
Підсумок
Для абсолютної більшості повсякденних і промислових завдань стандартом є тип K – недорогий, універсальний і з широким діапазоном. Саме тому він стоїть у більшості портативних термометрів. Спеціалізовані типи потрібні там, де є особливі умови: тип T – для холоду, N – для тривалого жару, платинові R/S/B – для екстремальних температур. Головне при виборі – щоб тип термопари відповідав вашому діапазону температур і середовищу, а форма зонда – тому, що саме ви вимірюєте.
