Thermokoppelisolatie

Inhoud

1. Standaard isolatiematerialen
2. Keramische isolatoren
3. Mineraalgeïsoleerde thermokoppels (MIMS)
4. Geavanceerde mantelmaterialen en driftminimalisatie
5. Samenvatting

Hoewel thermokoppels in sommige gevallen zonder isolatie kunnen functioneren, vereisen de meeste praktijktoepassingen dat ze worden beschermd tegen het medium en de omgeving waarin ze worden gebruikt. Deze bescherming omvat doorgaans zowel elektrische isolatie als een mechanische mantel. Beschermende mantels zorgen niet alleen voor elektrische isolatie, maar beschermen ook tegen mechanische beschadiging, chemische corrosie en thermische belasting.

Als algemene richtlijn moeten blootliggende thermokoppellassen worden gereserveerd voor het meten van temperaturen van statische of stromende niet-corrosieve gassen—met name waar een snelle thermische respons essentieel is. In veeleisender omgevingen, zoals die met corrosieve gassen of vloeistoffen, is een geïsoleerde las geschikter. Hoewel dit de reactietijd kan verminderen, verbetert het de duurzaamheid en veiligheid aanzienlijk. Voor nog grotere robuustheid en snellere respons onder druk of in corrosieve omstandigheden verdient een geaarde thermokoppellas, waarbij de draden aan de mantelpunt zijn gelast, doorgaans de voorkeur.

Standaard isolatiematerialen

Voor de constructie van thermokoppels wordt een breed scala aan standaard isolatiematerialen gebruikt. Deze zijn vaak kleurgecodeerd naar thermokoppeltype volgens de richtlijnen van IEC 60584-3. Hoewel er geen eenduidige internationale norm voor isolatiematerialen bestaat, heeft de praktijk geleid tot de toepassing van zes kernmaterialen:

• PVC: Geschikt van -30°C tot +105°C en verkrijgbaar in diverse uitvoeringen.
• PFA: Breidt het bereik uit van -273°C tot +250°C (of 300°C voor korte duur), wat het ideaal maakt voor extreme omgevingen.
• Met vernis geïmpregneerde glasvezel: Operationeel van -50°C tot +400°C.
• Ongeverniste glasvezel: Breidt dat bereik uit tot 500°C, en in sommige gevallen tot 800°C.

Alle standaard thermokoppeltypen kunnen met deze materialen worden gebruikt, wat ze zeer veelzijdig maakt.

Keramische isolatoren

Voor industriële toepassingen met hogere temperaturen worden keramische isolatoren veel gebruikt. De opties variëren afhankelijk van het thermokoppeltype en het temperatuurbereik:

• Porseleinen keramische kralen met dubbele boring: Worden vaak gebruikt voor thermokoppels van basismetalen met draden van 1 mm of meer.
• Mulliet (aluminiumsilicaat): Wordt vaak gecombineerd met Type K-thermokoppels, vooral in ovenomgevingen.
• Hoogzuiver aluminiumoxide: Heeft de voorkeur voor op platina gebaseerde thermokoppels om het risico op verontreiniging te minimaliseren.

Mineraalgeïsoleerde thermokoppels (MIMS)

De meest gebruikte vorm van thermokoppel in de moderne industrie is de mineraalgeïsoleerde, metaalomhulde constructie (MI of MIMS). Deze sensoren bestaan uit thermokoppeldraden die zijn ingebed in een verdicht mineraalpoeder, doorgaans magnesiumoxide, binnenin een naadloze metalen mantel. Deze structuur biedt:

• Uitstekende mechanische sterkte
• Hermetisch afgesloten bescherming
• Hoge isolatieweerstand
• Kleine, flexibele vormfactor
• Bestandheid tegen trillingen, hoge druk en agressieve omgevingen

MIMS-thermokoppels werken over een uitgebreid temperatuurbereik van -200°C tot +1250°C en zijn verkrijgbaar met 2 tot 6 aders, in diameters van 0.25 mm tot 10.8 mm.

Ze ondersteunen ook een breed scala aan thermokoppeltypen en mantelmaterialen, waaronder roestvast staal, gewoon staal, Inconel en Nicrotherm-legeringen. Meetlassen kunnen zijn:

• Blootliggend: Biedt de snelste respons
• Geïsoleerd: Elektrisch geïsoleerd om aardlussen te voorkomen
• Geaard: Aan de mantelpunt gelast voor snelle respons en mechanische duurzaamheid

MIMS-thermokoppels zijn niet alleen breed beschikbaar en kosteneffectief, maar kunnen ook worden aangepast aan specifieke omgevingen met verschillende mantel- en aansluitopties. Ze zijn bijzonder geschikt voor extreme industriële omstandigheden.

Geavanceerde mantelmaterialen en driftminimalisatie

Ondanks hun voordelen kunnen MIMS-thermokoppels met uitdagingen te maken krijgen:

• Verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten tussen mantelmaterialen (zoals roestvast staal) en thermokoppeldraden (zoals typen K en N) kunnen tot vermoeiingsbreuk leiden.
• Dampdiffusie van mantelmateriaal in de thermokoppeldraden kan leiden tot verontreiniging, kalibratiedrift en prestatievermindering.
• Waterindringing tijdens fabricage of reparatie kan een verminderde isolatieweerstand en voortijdige uitval veroorzaken.

Om deze uitdagingen aan te pakken, zijn gespecialiseerde mantellegeringen ontwikkeld:

• Nicrotherm: Een hogetemperatuur-mantellegering met lage drift, geoptimaliseerd voor gebruik met type N-thermokoppels.
• Nicrobell B: Een gewijzigde Nicrosil-legering met toegevoegd magnesium en niobium om de oxidatie-, thermische en corrosiebestendigheid tot 1250°C te verbeteren.
• Nicrobell C: Verbetert Nicrobell B met extra chroom voor superieure corrosiebestendigheid.
• Nicrotherm D™: De nieuwste ontwikkeling, ontworpen met minder mangaan en aluminium om elementdiffusie door de isolatie te minimaliseren. Biedt uitstekende bestendigheid tegen carburiserende omgevingen en levert aanzienlijk minder drift dan Inconel 600 of 310 roestvast staal bij hoge temperaturen.

Voor toepassingen bij zeer hoge temperaturen of in corrosieve omgevingen wordt over het algemeen aanbevolen om MIMS-kabels met een zeer kleine diameter te vermijden, omdat levensduur en prestaties sterk samenhangen met de kabelgrootte.

Samenvatting

Thermokoppelisolatie speelt een cruciale rol bij het waarborgen van meetnauwkeurigheid, mechanische bescherming en bestendigheid tegen omgevingsinvloeden. Van eenvoudige PVC- en glasvezelbekledingen voor lage tot middelhoge temperaturen, tot hoogpresterende keramische en mineraalgeïsoleerde constructies voor extreme omstandigheden, moet de keuze van isolatie- en mantelmaterialen worden afgestemd op het temperatuurbereik, het medium en de mechanische eisen van de toepassing. Geavanceerde mantellegeringen zoals Nicrotherm D™ bieden nu superieure langetermijnstabiliteit en bestendigheid in hoge-temperatuur- of corrosieve omgevingen, wat betrouwbare prestaties garandeert, zelfs onder de meest veeleisende omstandigheden.

Meer lezen

Welke thermokoppeltypen zijn er?
Ontdek de eigenschappen en kenmerken van de verschillende thermokoppeltypen

Thermokoppel-uitgangstabellen
Bekijk tabellen van EMK versus temperatuur voor alle thermokoppeltypen.

Wat zijn de kleurcodes voor thermokoppels?
Ontdek de kleurcodes voor thermokoppelkabels en connectoren.