Preliminary assessment of thermal conductivity and resistance to leakage of the innovative TS901 ProfileSens multipoint thermocouple by Endress+Hauser

This thesis work was focused on the development of an experimental set up to evaluate the effects of temperature measurements deviation due to axial thermal conduction of the innovative multipoint thermocouple iTHERM TS901 ProfileSens by Endress+Hauser, and its resistance to gas leakage produced by cracks on its external sheath. After a brief description of the main features of the instrument and its manufacturing process, it is exposed in detail the theoretical and practical development of experimental procedures to evaluate thermal conductivity and permeability of the thermocouple. In particular, for the assessment of thermal conductivity the final configuration used was a vertical oven heated in its upper part with inside a sample of TS901 joined with four reference thermocouples located at the same position of the measuring points of the multipoint thermocouple. Different experimental campaigns have pointed out deviation effects on the temperature measurements, which are negligible in industrial applications, and it was calculated a value for an effective thermal conductivity related to the whole instrument. For what concern leakages, it was developed a system to flux continuously compressed air inside a TS901 sample specifically cut for this purpose. There were evaluated very low leakages, mainly due to a viscous flow, and it was extrapolated a value for the permeability of the thermocouple. Moreover, it was developed a diagnostic tool for quality control of the manufacturing process by measurements of electrical resistance of the conductors of each thermocouple belonging to TS901. Finally, in Appendix A numerical and physical model used to evaluate thermal conductivity and permeability are described.

Questo lavoro di tesi si è focalizzato sullo sviluppo di un set up sperimentale per valutare gli effetti di deviazione sulla misura di temperatura a causa della conduzione termica assiale della termocoppia multipunto innovativa iTHERM TS901 ProfileSens prodotta da Endress+Hauser e della sua resistenza alle perdite di gas dovute a cricche sulla guaina più esterna. Dopo una breve descrizione delle caratteristiche principali dello strumento e del suo processo di produzione, viene esposto dettagliatamente il processo di sviluppo teorico e pratico delle procedure sperimentali atte alla valutazione della conducibilità termica e della permeabilità della termocoppia. In particolare, per la valutazione della conducibilità termica si è giunti all'utilizzo di un forno a tre zone riscaldanti in configurazione verticale, scaldato nella sua zona più alta, con all'interno un campione di TS901 solidale con quattro termocoppie singole di riferimento collocate alla stessa posizione dei punti di misura della termocoppia multipunto. Con questa configurazione sperimentale si sono condotte varie campagne che hanno evidenziato effetti di deviazione della misura, tuttavia trascurabili per applicazioni industriali, e si è calcolato un valore di conducibilità efficace relativa allo strumento nel suo insieme. Per quanto riguarda la resistenza alle perdite, si è sviluppato un sistema per flussare aria compressa all'interno di un campione di TS901 appositamente tagliato per lo scopo. In questo caso si sono valutate bassissime perdite, date principalmente da un flusso viscoso, e si è estrapolato un valore per la permeabilità della termocoppia. Inoltre, si è sviluppato uno strumento diagnostico per il controllo qualità del processo di produzione tramite la misura delle resistenze elettriche dei conduttori all'interno delle singole termocoppie facenti parte la TS901. Infine, in Appendice A sono descritti i modelli numerici e fisici utilizzati per la valutazione della conducibilità termica e della permeabilità.