Introdução ao fio do Platina-ródio

Fio de platina-ródio é normalmente descrito por suas propriedades, e a descrição é precisa da maneira como uma fotografia de uma ponte é precisa: mostra o objeto e não diz nada sobre para que serve. O fio tem um uso dominante, e esse uso impõe um requisito que nenhuma lista de propriedades pode expressar.

O requisito é uma voltagem. Um fio de platina-ródio é uma perna de um termopar, e um termopar produz uma força eletromotriz que depende da diferença de temperatura entre suas duas junções e da diferença entre as duas ligas. Nenhuma perna produz essa voltagem sozinha. Uma bobina certificada como platina com 13% de ródio é um material com uma composição, e torna-se um sensor de temperatura apenas quando é unida a um fio do tipo correspondente.

Tudo o que se segue vem desse fato: as classes são fixadas pelo tipo e não podem ser escolhidas livremente, a propriedade que importa é a estabilidade da voltagem e não a condutividade, o preço é dominado pelo ródio, e as falhas em serviço são mudanças na voltagem e não quebras.

As Classes São Fixadas Pelo Tipo

Existem três tipos de termopares de metais nobres em uso industrial comum, e cada um nomeia ambas as pernas. O fio é comprado como uma perna correspondente de um tipo nomeado, não como uma liga selecionada de um catálogo.

Duas características dessa tabela carregam a maioria das consequências de compra. A primeira é que a tolerância é definida em uma faixa declarada, e a faixa termina antes das temperaturas pelas quais esses termopares são famosos. Um par tipo R ou S usado a 1.600 °C está fora da faixa sobre a qual o padrão define seu erro, o que não significa que não possa ser usado. Significa que a alegação de precisão não se aplica mais.

A segunda é que o tipo B tem uma perna positiva com 30% de ródio e uma perna negativa com 6%. É o único dos três onde ambas as pernas contêm ródio, e também é o que tem quase nenhuma saída perto da temperatura ambiente, razão pela qual um circuito tipo B é usado sem compensação de junção fria. A voltagem na extremidade fria é pequena o suficiente para ser ignorada na faixa ambiente usual.

Condutividade É a Propriedade Errada

A descrição usual lista a excelente condutividade elétrica como uma vantagem. Para este material, a alegação é quase o oposto da verdade. Platina e suas ligas de ródio são condutores ruins em comparação com cobre, e um termopar funciona devido à diferença de potência termoelétrica entre duas ligas, não porque uma delas conduz bem.

A propriedade que é realmente comprada é a reprodutibilidade da voltagem contra a temperatura, e ela tem três partes. A primeira é a composição da liga, que o tipo fixa. A segunda é a homogeneidade do fio ao longo de seu comprimento, porque um termopar relata a integral da temperatura ao longo do fio onde quer que exista um gradiente de composição ou tensão. A terceira é a função de referência publicada para o tipo, que converte a voltagem medida em uma temperatura e é definida pelo padrão e não pelo fornecedor.

A homogeneidade é a parte que os compradores subestimam. Um fio que atende à composição e à tolerância ainda pode ler errado depois de ter sido dobrado, preso ou contaminado ao longo de parte de seu percurso, porque a seção danificada gera sua própria voltagem. Nenhuma calibração do par remove esse erro, pois a calibração se aplica ao par como foi testado.

O Que Um Fio Pode Prometer, e o Que Precisa do Par

As classes de tolerância são onde isso se torna comercial. Tanto os padrões americanos quanto os internacionais definem limites de erro para um termopar, e esses limites são escritos contra um par. Um fornecedor pode certificar uma única bobina contra composição e diâmetro, e não pode certificar sua precisão como sensor sem a perna correspondente.

Os números no certificado valem a pena mencionar, porque a dispersão entre as classes é grande em comparação com as temperaturas envolvidas. Para os tipos R e S, o limite de erro padrão sobre 0 a 1.450 °C é de mais ou menos 1,5 °C, e o limite especial é de mais ou menos 0,6 °C ou 0,1% da leitura, o que for maior. Para o tipo B, o limite sobre 800 a 1.700 °C é expresso como uma porcentagem da leitura, em 0,5% para a classe padrão, com uma classe mais rigorosa disponível.

Um comprador que pede limites especiais e recebe limites padrão recebeu fio que ainda está dentro de sua própria especificação e não é o que o cronograma de calibração assumiu. A classe de tolerância pertence ao pedido, com o padrão e a edição, porque os dois sistemas não usam tabelas idênticas.

O Ródio É a Maior Parte da Fatura

O ródio é um dos metais mais caros em uso comercial, e negocia em um mercado mais fino do que a platina. Esse único fato reorganiza o custo de cada fio na tabela acima, e o reorganiza de forma diferente para cada classe.

A tabela é aritmética, não uma lista de preços, e está lá para mostrar uma forma. Com 6% de teor de ródio, o fio se comporta como uma compra de platina com um adicional de ródio. A 30%, a posição se inverte, e o fio se comporta como uma compra de ródio com uma adição de platina. Entre esses dois pontos, o mesmo movimento no preço do ródio altera a fatura por um fator que depende inteiramente de qual classe está no pedido.

Duas consequências comerciais seguem. A primeira é que uma cotação sem base de preço não é uma cotação para este material, pois o conteúdo de metal pode se mover entre a consulta e a entrega por mais do que o custo de conversão. A segunda é que a recuperação de sucata e aparas faz parte da economia e não um pensamento posterior, porque o metal em um lote falho ainda é o metal.

O Que Acaba com um Termopar em Serviço

O modo de falha de um termopar de metal nobre raramente é um fio quebrado. É uma voltagem que para de corresponder à temperatura, e as causas são químicas e metalúrgicas.

A primeira linha é a que acaba com a maioria das instalações mais cedo. Um fio de platina-ródio dentro de um tubo cerâmico é protegido do forno e não do tubo. Refratários de sílica, alguns cimentos isolantes e bainhas metálicas em alta temperatura tornam-se fontes de contaminação, e o erro resultante aparece como um viés lento que o operador compensa ajustando o setpoint.

A terceira linha explica um padrão que surpreende as equipes de manutenção. O fio não enfraquece gradualmente. Ele recristaliza, os grãos crescem até que a seção transversal seja uma cadeia de alguns cristais, e o próximo ciclo térmico o quebra. O suporte ao longo do percurso e um raio de dobra mínimo adiam esse resultado, e o endireitamento repetido o acelera.

O Que Escrever no Pedido

Cinco itens carregam a especificação, e os dois primeiros são os mais frequentemente deixados para o fornecedor.

O último item é onde uma equipe de compras ganha seu sustento. Um certificado de composição é barato e responde a uma pergunta sobre a liga. Uma calibração do par, ou um teste de homogeneidade ao longo do comprimento, responde a uma pergunta sobre a medição e custa de acordo. Pedir o primeiro enquanto assume o segundo é o mal-entendido mais comum nesta linha de produtos.

Onde a DLX se Encaixa

A DLX fornece fio de platina-ródio e a perna de platina correspondente de Changzhou, Jiangsu, nos tipos e diâmetros padrão, com a composição e o diâmetro relatados contra o pedido. O mesmo funciona para as ligas de termopar à base de níquel onde a temperatura é menor e o orçamento é diferente, juntamente com os tubos de proteção e os acessórios que decidem quanto tempo cada fio dura.

Duas perguntas resolvem a maioria das consultas. A primeira é qual tipo e qual perna, porque isso fixa a liga e a base de preço. A segunda é o que o certificado tem que provar, porque uma declaração de composição e uma calibração respondem a perguntas diferentes e carregam custos diferentes.

Perguntas Que Compradores Fazem

Fio de platina-ródio é um sensor por si só?

Não. É uma perna de um termopar. A voltagem aparece quando é unida à perna correspondente em uma junção de medição e as outras extremidades são mantidas a uma temperatura de referência conhecida. Uma bobina pode ser certificada quanto à composição e diâmetro, e sua precisão como sensor existe apenas como parte de um par.

Qual tipo deve ser especificado, B, R ou S?

Tipo B para o topo da faixa, onde a tolerância é definida de 800 a 1.700 °C e ambas as pernas contêm ródio. Tipos R e S para trabalho até cerca de 1.450 °C, onde a tolerância é definida a partir de 0 °C e a perna negativa é platina pura. O tipo S é o padrão mais antigo e o tipo R o mais recente dos dois, e eles não são intercambiáveis em um circuito calibrado.

Um certificado de limites especiais significa que o termopar é preciso?

Significa que o fio atendeu a um limite mais rigoroso contra a função de referência quando foi testado. A precisão em serviço depende do par, da homogeneidade de ambos os fios ao longo do percurso instalado e da contaminação. Para os tipos R e S, o limite especial é de mais ou menos 0,6 °C ou 0,1% da leitura, contra mais ou menos 1,5 °C para a classe padrão.

Por que o teor de ródio é tão importante para o preço?

Porque o ródio é um dos metais mais caros em uso comercial e negocia em um mercado fino. Com 6% de ródio, o fio é principalmente uma compra de platina. A 30%, como no tipo B, o ródio é a maior parte do custo do metal a qualquer proporção de preço plausível, então o mesmo movimento no preço do ródio altera uma cotação tipo B muito mais do que uma cotação tipo R.

Por que um termopar de platina-ródio deriva?

Três razões dominam: contaminação por ferro, silício ou fósforo do tubo de proteção ou do ambiente; migração de ródio em alta temperatura, que altera a composição local; e trabalho a frio ou danos mecânicos ao longo do percurso, que criam deslocamentos de voltagem local. As duas primeiras são químicas e a terceira é física, e apenas a primeira é facilmente evitada pela seleção.

O fio pode ser dobrado e endireitado em serviço?

Ele pode ser dobrado a um raio mínimo e não deve ser endireitado repetidamente. Acima de aproximadamente 1.300 °C, os grãos crescem até que o fio seja uma cadeia de alguns cristais, e nesse ponto um ciclo térmico o quebra. O suporte ao longo do percurso e um raio de dobra generoso estendem a vida útil mais do que qualquer mudança de classe.

Resumo

Um fio de platina-ródio é metade de uma medição. O tipo fixa ambas as ligas, a classe de tolerância fixa o erro, e o par fixa a precisão. Uma lista de propriedades que elogia a condutividade descreveu o material errado, porque essas ligas conduzem mal e são compradas pela reprodutibilidade de uma voltagem.

O lado comercial segue o ródio. A 6% o fio se comporta como platina com um adicional, e a 30% se comporta como ródio com uma adição. O lado da falha segue o ambiente: a contaminação desloca a leitura lentamente, o crescimento de grãos quebra o fio repentinamente, e nenhum deles é visível em um certificado de composição.

Referências

ASTM E230/E230M, especificação padrão para tabelas de temperatura-força eletromotriz para termopares padronizados, para as funções de referência e os limites de erro padrão e especiais para os tipos B, R e S.

IEC 60584-1, termopares, tabelas de referência e tolerâncias, para as funções de referência internacionais e as tolerâncias de classe 1, 2 e 3.

BIPM, guia de termometria secundária, termometria de termopar, para o tratamento de inhomogeneidade, recozimento e deriva em termopares de metal nobre.

ASTM E220, calibração de termopares por técnicas de comparação, para o método usado quando um par é calibrado contra uma referência.

Tabelas de tipo publicadas para termopares de metal nobre, para as composições das pernas dos tipos B, R e S e suas faixas de temperatura declaradas.

Dados técnicos do fabricante para fio de termopar de platina-ródio, para as temperaturas práticas de uso contínuo e os requisitos de proteção no topo de cada faixa.

ISO/IEC 17025, requisitos gerais para a competência de laboratórios de teste e calibração, para o que um certificado de calibração de terceiros representa.

Os valores de tolerância citados aqui são os limites publicados dos padrões nomeados, e eles se aplicam a fio novo testado contra a função de referência. Eles não são uma declaração de precisão em serviço, que depende do par, da homogeneidade ao longo do comprimento instalado e da contaminação. As participações de custo são ilustrações aritméticas do efeito da fração de ródio em proporções de preço assumidas, e não são uma cotação de preço ou uma previsão de mercado. As faixas de tipo são as faixas sobre as quais uma tolerância é definida, e o uso fora delas é possível sem uma alegação de precisão definida. A seleção do tubo de proteção e da bainha é específica da aplicação e não é coberta pela especificação do fio. Os padrões são revisados, e a edição nomeada no pedido rege. Nada aqui é um substituto para uma liberação de engenharia ou para a calibração acordada entre comprador e fornecedor.