Low Temperature Thermocouple Guide: Types, Accuracy, and Selection Tips

냉동 식품 공장의 한 품질 엔지니어가 익숙한 문제로 우리에게 전화했습니다. -40°C 나선형 냉동고에 있는 K형 열전대가 온도를 2~4도 측정했고, 해동 주기마다 오류가 커졌습니다. 컨트롤러, 케이블 및 커넥터가 모두 잘 테스트되었습니다. 센서 자체가 문제였습니다. 아니 오히려 열전대 유형이 문제였습니다.

약 -40°C 이하에서는 표준 니켈 합금 열전대가 공정 온도에서 작동하는 방식을 멈춥니다. 유형 T(구리-콘스탄탄) 및 유형 E(크로멜-콘스탄탄)는 저온 서비스를 위한 실용적인 선택입니다. -100°C 미만에서는 백금 RTD가 일반적으로 두 가지 모두 정확도를 능가합니다.

이 가이드에서는 저온에서 실제로 작동하는 열전대 유형, 각 유형에서 기대할 수 있는 정확도, 고장난 요소보다 저온 서비스 판독값을 더 많이 망치는 설치 실수를 다룹니다.

열전대의 저온으로 간주되는 것은 무엇입니까?

열전대 엔지니어링에서 저온은 일반적으로 -40°C 미만을 의미합니다. 이 지점은 K형 및 N형 요소가 공정 온도에서 나타나는 열전 균일성을 잃기 시작하는 지점입니다. 극저온 측정은 이를 구리 기반 열전대 합금의 실제 바닥인 약 -200°C까지 확장합니다. 그 아래에는 크로멜-금/철과 같은 특수 원소만 안정적으로 반응합니다.

열전대를 관리하는 국제 표준인 IEC 60584 및 ASTM E230은 문자로 지정된 모든 유형에 대한 범위를 공개하며 모두 -200°C 이하에 도달합니다. 차이점은 정확성입니다. 극한의 저온에서의 허용 오차는 동일하지 않습니다.

냉간 서비스에 가장 적합한 열전대 유형은 무엇입니까?

T형 — 저온 전문가

T형은 구리 다리로 제작된 유일한 표준 열전대이며, 이 구리 다리가 저온 작업을 지배하는 이유입니다. 고순도 구리는 매우 균일하므로 복잡한 니켈 합금에서 발견되는 작은 전압 오프셋을 거의 생성하지 않습니다. T형은 -200°C ~ 0°C에서 탁월한 정확도를 유지하며 환경 챔버, 저온실 및 극저온 테스트 설정의 기본값입니다. 가장 좋은 점은 구리가 300°C 이상에서 빠르게 산화되므로 T형은 뜨거운 멸균 주기를 거치지 않아야 한다는 것입니다.

유형 E — 약한 신호에 대한 높은 출력

유형 E는 0°C에서 1도당 약 60μV를 제공하며 이는 표준 열전대 중 가장 높은 신호입니다. 전압이 높을수록 신호 레벨이 작을 때 중요한 전기적 노이즈의 영향이 줄어듭니다. 저온 반복성은 T형에 근접하며 범위는 900°C까지 확장됩니다. 동일한 프로브가 저온 보관과 고온 세척 또는 경화 단계를 모두 처리해야 하는 경우 유형 E를 선택하십시오.

K형 — 한계가 있는 일꾼

K형은 가장 일반적인 산업용 열전대이며 -196°C까지 물리적으로 작동합니다. 한계는 범위가 아니라 안정성입니다. 니켈-크롬 합금은 영하의 온도에서 자기 배열과 단거리 격자 변화를 겪으며 시간이 지남에 따라 열전 출력이 천천히 이동합니다. -80°C에서 지속적으로 사용되는 K형 센서는 몇 달 내에 몇도 정도 표류할 수 있습니다. 이는 바로 냉동 식품 공장에서 발생한 오류입니다.

냉간 공정이 -20°C ~ -40°C 사이에서 실행되고 제어 공차가 ±3°C 이하인 경우 우수한 트랜스미터를 갖춘 K형이 허용됩니다. 엄격한 제어, 제품 검증 또는 -60°C 미만을 위해서는 T형 또는 RTD를 선택하십시오.

J형과 N형

J형의 공개 범위는 -210°C에 이르지만 습하고 추운 환경에서는 철제 다리가 녹슬고 표준 EMF 테이블은 최저 수준에서 신뢰성이 가장 낮습니다. N형은 0°C 미만에서는 K형에 비해 측정 가능한 이점이 없습니다. 콜드 서비스에 대한 합리적인 첫 번째 선택도 아닙니다.

저온에서의 정확도 및 공차 등급

열전대 정확도는 IEC 60584의 공차 등급으로 정의됩니다. 공차는 고정 값 또는 측정된 온도의 백분율 중 더 크며 두 공식 모두 저온 서비스에 유리하게 적용됩니다. -100°C에서 사용하지 않은 새 열전대는 다음 제한 내에서 유지되어야 합니다.

이 숫자를 두 가지 고려 사항으로 처리하십시오. 첫째, 새로운 센서에만 적용됩니다. 노후화, 열 순환 및 오염으로 인해 서비스 격차가 확대됩니다. 둘째, 확산이 결정적입니다. ±0.5°C에서 클래스 1 유형 T는 클래스 1 유형 K보다 3배 더 단단합니다. . 프로세스가 더 넓은 오류 대역을 허용하는 경우 유형 K가 좋습니다. 그렇지 않은 경우 열전대 유형이 변경해야 하는 첫 번째 사양입니다.

콜드 서비스 설치를 망치는 실질적인 문제

대부분의 저온 열전대 문제는 요소 고장이 아닙니다. 설치 실패입니다. 네 가지 문제가 거의 모든 문제를 설명합니다.

• 응축. 서브제로 서비스는 습기를 커넥터와 단자 헤드로 끌어들이고, 그에 따른 병렬 저항으로 인해 판독값이 몇 도씩 이동할 수 있습니다. 밀봉된 커넥터, 방수 헤드 및 용접 접합 프로브를 사용하십시오.
• 열 션트. 프로브 스템은 접합부에서 열을 전도합니다. 여전히 차가운 가스에서는 큰 금속 덮개가 낮게 읽힙니다. 미세한 와이어 또는 바늘 프로브는 더 빠르게 평형을 이루고 션트 오류가 줄어듭니다.
• 연장선이 잘못되었습니다. 구리 케이블은 측정되지 않은 접합을 생성합니다. 열전대 유형에 일치하고 케이블 경로를 따라 주변 온도에 맞는 등급의 연장 와이어를 사용하십시오.
• 냉접점 보상. -80°C에서는 기준 접합 오류 1도가 판독값에 전체 각도를 추가합니다. 고정된 수동 값 대신 자동 보상 기능이 있는 트랜스미터를 사용하십시오.

저온 서비스용 열전대 또는 RTD?

절대 정확도보다 응답 속도, 요소 크기 또는 범위가 더 중요한 경우 열전대가 승리합니다. 바늘 접합부는 몇 초 안에 고정되며 민감한 영역은 밀리미터 미만이 될 수 있습니다. RTD는 더 느리고 크기가 크며 충격에 더 민감합니다.

속도보다 정확성과 안정성이 더 중요할 때 RTD가 승리합니다. 클래스 A PT100은 -100°C에서 ±0.35°C를 유지하며 PT1000의 더 높은 저항은 장기간에 걸쳐 리드 와이어 오류를 줄입니다. 이것이 바로 의약품 냉동고, 저온 유통 검증 및 실험실 참조가 백금 요소를 사용하는 이유입니다.

식품 가공에서 두 기술은 동일한 라인을 공유합니다. 작업자는 바늘형 센서를 제품에 밀어넣어 냉장, 조리 또는 해동하는 동안 심부 온도를 확인합니다. 우리의 식품 가공용 바늘형 열전대 그 일을 위해 만들어졌습니다. 위생이 중요한 영구 지점의 경우 식품 등급 스테인리스 스틸 PT1000/PT100 프로브 냉장 제품에 필요한 장기적인 안정성을 제공합니다.

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차가운 표면의 열 매핑용(응축기 플레이트, 냉동기 라이너, 절연 파이프) 고정밀 접착식 K형 표면 열전대 드릴링 없이 설치됩니다. 표면 요소는 -40°C 이하의 절대 정확도보다 비교 매핑에 더 좋습니다.

Tem용 도매 고정밀 표면 실장 자체 접착식 K형 열전쌍 Jiangsu Zhaolong Electrics Co., Ltd.는 온도 측정을 위한 중국 도매 고정밀 표면 실장 자체 접착 K형 열전대입니다. 제품보기 →

• 절대 정확도보다 응답 속도, 작은 설치 공간 또는 범위가 더 중요한 경우 열전대를 선택하십시오.
• ±0.5°C 이하의 오류로 안정적이고 반복 가능한 판독이 필요한 경우 RTD를 선택하십시오.
• 즉석 점검 및 열 조사를 위해 니들 또는 표면 열전대를 선택하십시오. 고정 모니터링 지점에 대해 RTD를 선택합니다.

일반적인 저온 응용 분야

식품 가공 및 콜드체인

급속 냉각기, 나선형 냉동고, 냉장 보관소 및 검사 라인은 여러 지점에서 온도 점검이 필요합니다. 센서는 식품에 안전하고 빠르며 세척이 쉬워야 합니다. 이것이 바로 우리 작업의 대부분이 식품 기계의 온도 감지 . 바늘형 프로브와 작은 직경의 요소는 주변 공기가 아닌 제품 코어를 측정하기 때문에 주로 사용됩니다.

제약 및 생물학적 저장

백신 콜드 체인, 혈장 냉동고 및 바이오뱅크는 -70°C 이하에서 제품을 보관합니다. 이 온도에서는 몇 도의 드리프트가 배치를 망칠 수 있습니다. 검증에는 문서화된 정확성을 갖춘 추적 가능한 센서가 필요합니다. 이러한 환경에서는 일반적으로 단기 매핑에는 T형 열전대를 사용하고 영구 모니터링에는 PT100/PT1000 센서를 사용합니다.

과학 연구 및 분석 장비

환경 챔버, 피로 테스트 및 분석 기기용 센서 샘플을 방해하지 않는 낮은 열 질량 프로브가 필요합니다. 미세 와이어 열전대와 자체 접착식 요소는 열 프로파일링의 표준이며 기준 RTD는 교정 지점을 제공합니다.

올바른 저온 프로브 지정

4개의 숫자는 저온 센서 사양을 정의합니다. 즉, 프로브에 표시되는 최저 온도, 해당 온도에서 허용되는 최대 오류, 필요한 응답 시간 및 환경(건식, 습함, 가압 또는 진동)입니다. 제품을 비교하기 전에 이 네 가지를 정의하십시오.

1200°C 용광로용으로 제작된 프로브는 -80°C 냉동고에 들어갈 수 없으며 정지 공기에서 잘 작동하는 열전대는 염수조에서 살아남지 못합니다. 올바른 센서는 접합부, 절연체, 피복 및 연결을 실제 냉측 조건과 일치시킵니다.

당사는 동일한 시설에서 열전대, RTD, 트랜스미터 및 컨트롤러를 제조하므로 일반적인 조정 지연 없이 요소를 기기에 일치시키고 맞춤형 길이, 접합 스타일 및 부속품을 구축할 수 있습니다. 공정이 -40°C 미만에서 실행되고 정확도가 중요한 경우 저온 사양에 대해 문의해 주세요. , 설계를 확정하기 전에 센서 유형과 구성을 확인하겠습니다.