3. Formele constructive ale termocuplurilor

Un termocuplu este format din 2 termoelectrozi, din metale sau aliaje diferite, sudati la un capat. Electrozii sunt izolati intre ei fie prin introducerea lor in baghete sau tuburi de ceramica, fie cu ajutorul margelelor de ceramica,fie cu tesatura din fibre de sticla.

Sudura dintre electrozi trebuie sa fie omogena, adica sa nu aibe fisuri sau locuri goale in interior, asigurand un contact perfect intre cele doua metale. Sudura se executa cu arc electric sau la flacara oxiacetilenica, in general fara un metal intermediar. In cazul metalelor uzuale, pentru a se evita oxidarea sudurii, se pune putin borax pe cele doua fire care se sudeaza . Sudura nu trebuie sa aibe un diametru mai mare decat suma diametrelor celor doua fire.

Termocuplurile in industrie trebuie fie protejate de actiunea mediului, de aceea termoelectrozii ,izolati electric in prealabil, se introduc intr-un invelis de protectie din material suficient de rezistent si stabil din punct de vedere chimic. In general aceste tuburi de protectie sunt construite din metale, aliaje cromnichel, sau pentru masurea temperaturilor mai mari de 900 oC din ceramica cu continut mare de alumina.

Invelisurile de protectie apara termocuplurile de distrugere directa dar nu le apara tot atat de bine de mediul gazos. De multe ori chiar materialele de protectie degaja gaze sau vapori daunatori, iar sub actiunea mediului gazos termocuplurile isi modifica mult tensiunea termoelectromotoare. Astfel, la masurare apare o eroare sistematica, variabila cu timpul. Rezulta de aici o conditie suplimentara pentru invelisurile de protectie aceea ca ele trebuie sa pastreze in jurul termocuplului conditiile normale ale mediului gazos in care acesta da indicatii stabile si corecte.

Tubul de protectie este introdus cu partea superioara in capul metalic al termocuplului. In acest cap se gaseste un soclu dintr-un material izolant din punct de vedere electric pe care sunt fixate bornele de conexiune. Cu ajutorul acestor borne se realizeaza legatura dintre electrozi si cablul de compensare.Borna pozitiva a termocuplului se noteaza cu semnul "+". Pentru a se da invelisului de ceramica o rezistenta mecanica suplimentara, o parte din el este cuprinsa uneori intr-o teava de otel fixata de capul metalic al termocuplului.

1 cap metalic; 2 borna de conexiune; 3 soclul bornelor; 4 tub metalic; 5 piesa de fixare ; 6 tub de protectie; 7 tub de izolare; 8 electrozi; 9 cablu de compensare ; 10 sudura rece termostatata; 11 cablu de legatura; 12 rezistenta de linie; 13 aparat electric.

Adancimea de cufundare (imersiune) a termocuplului depinde de lungimea partii iesite in afara a tubului de ceramica si este in general de 30 75 cm . Lungimea totala a termocuplurilor variaza intre 50 si 200 cm.

Majoritatea termocuplurilor industriale au capete identice, avand imprimata pe suprafata laterala tipul termocuplului.

In tabelul alaturat sunt date tensiunile termoelectromotoare pentru cateva termocupluri uzuale cu sudura rece la 0 oC in functie de temperatura.

Temperatura (oC)
Tip N +Nicrosil- Nisil  Tip T +Cu -Const Tip J +Fe Const- Tip E +Cromel Const- Fe + Copel Tip K Cromel+Alumel- Tip S +PtRhPt - Cromel Copel-
-200
  -5,7 -8,15 -8,824   -5,89    
-100
  -3,4 -4,60 -5,237   -3,55    
0
0 0 0 0 0 0 0 0
100
2,774 4,25 5,37 6,317 5,75 4,10 0,64 6,95
200
5,912 9,20 10,95 13,419 12,0 8,13 1,44 14,66
300
9,34 14,89 16,55 21,033 18,11 12,21 2,32 22,91
400
12,972 20,99 22,15 28,943 24,56 16,40 3,26 31,49
500
16,744 27,40 27,84 36,999 30,91 20,65 4,22 40,16
600
20,609 34,30 33,66 45,085 37,41 24,91 5,23 49,02
700
24,526   39,79 53,11 44,12 29,15 6,27 57,77
800
28,456   46,23 61,022 51,17 33,32 7,34 66,42
900
32,37   53,15 68,783   37,37 8,45 74,90
1000
36,248         41,32 9,60  
1100
40,076         45,16 10,77  
1200
43,836         48,85 11,97  
1300
47,502           13,17  
1400
            14,38  
1500
            15,58  
1600
            16,76  

Cablul de compensare se executa din acelasi material ca termocuplul, cu exceptia termocuplului Pt-PtRh, pentru care cablul de compensare se executa din Cu CuNi (2-3 % Ni si ceva Mn) . Cuprul se leaga la PtRh, iar cupru-nichel la Pt. Termocuplurile care se formeaza la legatura dintre PtRh si Cu, cat si cele care se formeaza la legatura dintre Pt si CuNi nu dau forte electromotoare apreciabile sub 500 oC.

Cablurile de compensare trebuie sa fie bine izolate pe toata lungimea lor cu fibre de azbest, textile, lacuri sau materiale plastice; ele sunt introduse intr-un invelis protector flexibil, in general metalic. Conductoarele cablului de compensare trebuie sa aibe o sectiune de minimum 1,5 mm2.

Pentru a evita erorile de conexiune, polaritatea conductoarelor cablului de compensare este indicata prin semnele ( + ) sau ( ), pe bratarile aflate la extremitatile cablurilor. Uneori polaritatea este indicata prin culorile conventionale ale izolatiei conductoarelor .

Cablul de compensare se leaga la conductoarele de legatura care sunt conductoare obisnuite din cupru. Conductoarele de legatura se leaga la aparatul electric de masurat. Legatura dintre cablul de compensare si conductoarele de legatura formeaza sudura rece. Legatura se realizeaza cu ajutorul clemelor metalice, pentru a obtine un contact bun intre cele doua fire. Sudura rece trebuie sa se mentina la temperatura constanta de 0 oC sau 20 oC. De aceea aceste doua legaturi se introduc izolate intr-un vas cu ulei, iar totul se introduce intr-un termostat. Uleiul serveste ca izolant electric si ca lichid tampon. El are o inertie termica mare si atenueaza variatiile temperaturii exterioare . In industrie este greu de realizat sudura rece in vase speciale termostatate, de aceea se recomanda asezarea sudurilor reci ale mai multor termocupluri intr-un vas cu ulei care este introdus intr-o groapa, la o adancime de 2 3 m, unde temperatura se mentine constanta in limita a 2 oC. Temperatura sudurilor reci se masoara cu un termometru introdus in vasul cu ulei, pentru a putea face corectiile corespunzatoare. Anumite fabrici livreaza impreuna cu termocuplul cutii speciale termostatate pentru sudura rece, care sunt prevazute cu termometru de contact pentru reglarea unei temperaturi dorite.