O que é um termoparo de platina e ródio?

Um termopar de platina-ródio é um sensor de temperatura cujos dois ramos são ligas de platina-ródio, e é comprado por uma razão que o separa de todos os termopares de metais básicos: é o instrumento contra o qual outros instrumentos são verificados. A medição é precisa, a saída é estável por longos períodos em alta temperatura, e o preço que acompanha essas duas propriedades é um sinal muito pequeno, uma escolha limitada de ligas e um material que perde sua calibração quando sua superfície é atacada.

A página abaixo cobre os três tipos de metais nobres e quais são seus ramos, a precisão que os padrões permitem, o que o sinal pequeno significa para o instrumento ao qual o termopar está conectado, o que realmente limita a vida útil de um desses sensores e a forma blindada em que a maioria deles é comprada.

A letra fixa o par de ligas e nada mais. Três tipos de metais nobres estão em uso geral, e a diferença entre eles é o teor de ródio dos ramos, que é o que define a saída, a faixa e o comportamento em um forno contaminado.

O ponto do Tipo B vale a pena ser declarado por extenso, pois é a razão pela qual um comprador o escolhe. Com platina-ródio em ambos os ramos, não há ramo de platina pura para um contaminante atacar e nenhum ramo de platina pura para um óxido depositado alterar, e material publicado sobre seleção de termopares dá isso como a razão pela qual o Tipo B tolera atmosferas contaminadas melhor do que os outros dois tipos de metais nobres. O comércio é a saída: o mesmo par de ligas produz uma força eletromotriz menor do que o Tipo S ou o Tipo R na mesma temperatura, e normalmente não é usado abaixo de 600 °C por esse motivo.

A tolerância de um termopar de metal nobre é publicada como uma classe de precisão, e a classe é uma banda na curva de força eletromotriz e não uma liga diferente. Um certificado que nomeia uma classe está declarando o desvio dentro do qual o lote é aceito, e uma classe mais rigorosa é uma banda de aceitação mais estreita na mesma curva.

Duas qualificações pertencem à tabela. Os equivalentes ASTM dessas classes são os limites especiais e padrão de erro, portanto, um certificado pode nomear qualquer um dos sistemas, e os dois não são números idênticos. E a classe descreve o termopar, não a medição: a junção fria, o cabo de extensão e o transmissor adicionam desvio, portanto, a precisão entregue no sistema de controle é mais frouxa do que a classe no certificado do fio.

Um termopar de metal nobre produz uma fração da saída de um de metal básico, e tudo sobre como ele é conectado segue disso. Duas consequências valem a pena ter por escrito antes que o sensor seja encomendado.

A primeira é a junção fria. Um termopar mede uma diferença, então a temperatura nos terminais tem que ser conhecida e compensada, e com um sinal pequeno o erro de compensação é uma parcela maior do total. A segunda é o cabo entre o termopar e o instrumento, e há duas opções com significados diferentes. Um cabo de extensão é feito das mesmas ligas do termopar, então o par é simplesmente continuado até o instrumento. Um cabo de compensação usa ligas diferentes escolhidas para dar a mesma saída em uma faixa de temperatura limitada, e é a opção mais barata onde a corrida é curta e fria. De qualquer forma, o cabo faz parte do circuito e suas próprias ligas decidem se a leitura sobrevive à jornada.

O Tipo B carrega uma vantagem prática que os outros dois não têm, e os dados de tipo publicados afirmam isso claramente: como a saída do par é insignificante na faixa de 0 °C a 50 °C, a compensação da junção fria normalmente não é necessária. Em uma planta onde os terminais ficam em um gabinete de controle comum, isso remove um elo inteiro da cadeia de medição.

Um termopar de platina-ródio não falha por derretimento. Ele falha mecanicamente ou por perda de calibração, e os dois mecanismos são publicados e separados. Ambos agem no metal, e a bainha e o enchimento ao redor dela podem retardar um deles e não podem tocar o outro.

O limite de deriva é o que pega os usuários de sondas revestidas, e a distinção vale a pena ser declarada uma vez. Uma bainha protege o termopar de danos mecânicos e de contato com contaminantes. Ela não protege o fio da perda de ródio em sua própria superfície, porque o termopar ainda atinge a temperatura do forno, e uma sonda revestida que esteve em um forno oxidante quente por um longo período, portanto, deriva na mesma direção de uma nua.

O termopar blindado, também chamado de termopar isolado por mineral ou termopar MI, não é um termopar montado a partir de peças soltas dentro de um tubo de proteção. Os fios, o isolamento e a bainha são construídos como um único cabo, puxados através de matrizes até que o pó cerâmico interno seja compactado ao redor dos fios e todo o conjunto seja sólido e flexível. Essa construção é de onde vêm as propriedades do produto, e as três partes carregam uma decisão.

Quatro coisas seguem dessa construção, e guias publicados sobre a construção os declaram nestes termos. O pó compactado preenche o espaço ao redor dos fios e os protege de umidade, gases e contaminação muito melhor do que isoladores cerâmicos soltos dentro de um tubo, o que é uma rota pela qual a deriva é retardada. O conjunto sólido resiste a vibração, choque e esmagamento muito melhor do que uma sonda montada, que é a resposta mecânica ao membro quebradiço descrito acima. O cabo pode ser dobrado e roteado em torno de obstáculos, o que um tubo cerâmico rígido não pode ser, e pode ser puxado em diâmetros muito pequenos, de modo que uma sonda MI se encaixa onde uma convencional não se encaixa. O tempo de resposta segue do diâmetro da bainha, porque uma bainha fina tem pouca massa térmica, e o pó compactado conduz calor para a junção eficientemente.

A faixa de trabalho publicada para a construção depende da bainha e do isolamento juntos. Sondas isoladas com óxido de magnésio são publicadas para uso até 2.400 °F, que é 1.316 °C, e termopares MI em geral são descritos como servindo de temperaturas criogênicas até a faixa de 1.000 a 1.200 °C e mais altas onde ligas e projetos especiais são usados. Para um termopar de platina-ródio, o teto prático no ar é definido pela deriva descrita acima e não pelo cabo, e a mesma distinção se aplica aqui como em qualquer outro lugar neste material.

Quatro limitações pertencem ao mesmo documento que as vantagens, porque todas as quatro são decisões que um comprador tem que tomar e não defeitos a serem evitados.

A quarta linha é a que geralmente é perdida. Uma afirmação de que os fios ficam em um estado isolante e hermético descreve a intenção de projeto da construção e a condição na temperatura de trabalho tem que ser verificada contra a folha de dados, porque a cerâmica que isola perfeitamente quando fria conduz muito melhor quando quente. Essa é uma propriedade do isolamento e se aplica a todos os fabricantes dessas sondas.

Mais uma escolha pertence à construção e não ao termopar. A junção de medição é formada na ponta de uma das três maneiras, e as três trocam resposta contra proteção e contra isolamento elétrico.

Os ramos. O Tipo S é platina com 10% de ródio contra platina pura, o Tipo R é platina com 13% de ródio contra platina pura, e o Tipo B é platina com 30% de ródio contra platina com 6% de ródio. Os Tipos S e R são usados para referência e trabalhos de calibração, e o Tipo B é o escolhido onde a atmosfera do forno está contaminada, porque com platina-ródio em ambos os ramos não há ramo de platina pura para um contaminante atacar.

Devido às duas propriedades no primeiro parágrafo desta página, e porque os padrões as declaram como números. A tolerância é publicada como uma classe de precisão na curva de força eletromotriz, com ±1.0 °C na faixa de 0 a 1.100 °C para os Tipos S e R, aumentando acima disso, e ±0.5 °C para o Tipo B em sua faixa. Um tipo de metal básico no mesmo padrão carrega uma banda mais ampla, tipicamente ±1.5 °C, que é por que um é usado para controle e o outro para referência.

É um termopar construído como um cabo isolado por mineral e não montado a partir de peças soltas: os dois fios, um isolamento cerâmico compactado que é mais comumente óxido de magnésio, e uma bainha metálica sem costura, puxados juntos até que o conjunto seja sólido. Os materiais da bainha variam de aço inoxidável e Inconel a ligas especiais e metais nobres, e a construção compra proteção contra contaminação, resistência a vibração e choque, maleabilidade, pequenos diâmetros e um tempo de resposta definido pelo diâmetro da bainha.

Ela retarda uma rota e não pode tocar a outra. O isolamento compactado limita a entrada de gases e umidade nos fios muito melhor do que isoladores soltos, o que retarda a contaminação. Ela não impede a perda de ródio da superfície do fio, porque o termopar ainda atinge a temperatura do forno, e acima de cerca de 1.100 °C o ródio migra como um vapor metálico e os óxidos voláteis levam o metal embora. A orientação publicada para uso em atmosferas oxidantes restringe os Tipos R e S à operação contínua até cerca de 1.300 °C por esse motivo.

A diretriz publicada é um raio mínimo de curvatura de cerca de cinco vezes o diâmetro externo da bainha, e é mais conservador para bainhas finas e para curvatura repetida. Dobrar muito acentuadamente pode rachar o isolamento, distorcer os fios ou danificar a bainha de uma forma que não é visível de fora, e a curvatura repetida da mesma seção endurece a bainha. Dobre longe da ponta da junção e da transição do conector, e forme a forma final antes que a sonda entre na instalação.

Normalmente não, e os dados de tipo publicados dão a razão: a saída do par é insignificante na faixa de 0 °C a 50 °C, então a temperatura do terminal não precisa ser corrigida. Os Tipos S e R não têm essa vantagem, e ambos são conectados com um cabo de extensão das mesmas ligas ou um cabo de compensação combinado ao tipo em uma faixa de temperatura limitada.

Um termopar de platina-ródio é um sensor de metal nobre, e os três tipos em uso são separados pelo teor de ródio de seus ramos: Tipo S com 10% de ródio, Tipo R com 13%, e Tipo B com 30% e 6% de ródio em seus dois ramos. A precisão é publicada como uma classe na curva de força eletromotriz, em ±1.0 °C na faixa de 0 a 1.100 °C para os Tipos S e R e ±0.5 °C para o Tipo B em sua faixa, e a classe descreve o termopar e não toda a medição, pois a junção fria, o cabo e o transmissor adicionam desvio. O Tipo B tem a vantagem prática de que sua saída é insignificante entre 0 °C e 50 °C, portanto, a compensação da junção fria normalmente não é necessária.

Dois mecanismos limitam a vida útil de um termopar desta família, e são o crescimento de grão nos ramos e a perda de ródio da superfície, que deposita óxido no ramo de platina e move a calibração. A forma blindada responde ao primeiro e retarda o segundo mantendo os contaminantes longe do fio, e não impede a deriva, que é por que o limite contínuo publicado para os Tipos R e S em atmosferas oxidantes é de cerca de 1.300 °C, mesmo onde o próprio termopar sobrevive a temperaturas mais altas. A curvatura é limitada a um raio de cerca de cinco vezes o diâmetro da bainha, a extremidade aberta tem que ser selada porque o óxido de magnésio é higroscópico, e a resistência de isolamento tem que ser lida na temperatura de trabalho e não à temperatura ambiente. Os termopares e as sondas blindadas são fornecidos de Changzhou, Jiangsu nos Tipos S, R e B, no diâmetro da bainha, comprimento e forma da junção que a instalação requer.

1. IEC 60584-1, termopares, tabelas de referência e classes de tolerância, com ASTM E230 e seus limites de erro, e o tratamento do ASM Handbook de materiais de termopar. Fonte para as composições dos ramos dos três tipos de metais nobres, as bandas de classe de precisão citadas para os Tipos S, R e B e para os tipos de metais básicos, a equivalência entre a classe e os limites especial e padrão de erro, e o comportamento comparativo do Tipo B em atmosferas contaminadas.
2. Dados de tipo publicados para termopares de metais nobres, incluindo os limites de temperatura do Tipo B e a afirmação de que sua saída é insignificante na faixa de 0 °C a 50 °C, de modo que a compensação da junção fria normalmente não é necessária, juntamente com a observação de que o tipo normalmente não é usado abaixo de 600 °C. Fonte para os valores de faixa e para a posição da junção fria.
3. Bureau International des Poids et Mesures, Guia de Termometria de Termopares, Parte 1. Fonte para a migração de ródio como vapor metálico acima de 1.100 °C, para a formação de óxidos voláteis de platina e ródio na presença de oxigênio em alta temperatura, e para a afirmação de que os Tipos R e S podem ser usados continuamente em atmosferas oxidantes até cerca de 1.300 °C.
4. Pearce e colaboradores, trabalho publicado sobre a deriva termoelétrica de termopares de platina-ródio acima de 1.200 °C e sobre a perda de massa de fios de platina-ródio a 1.324 °C. Fonte para os dois modos de falha nomeados de um termopar Tipo R ou S, que são o crescimento excessivo de grão no ramo de platina causando quebra de fio e a deriva de temperatura causada pela deposição de óxido de ródio no ramo de platina.
5. Guias técnicos publicados sobre termopares isolados por mineral, juntamente com o artigo técnico publicado sobre sensores isolados por óxido de magnésio. Fonte para a construção do cabo a partir dos fios, o isolamento compactado e a bainha sem costura, para o uso de óxido de magnésio e óxido de alumínio, para os materiais de bainha nomeados, para a proteção contra umidade, gases e contaminação, para o comportamento de vibração e choque, para a maleabilidade, os pequenos diâmetros e o tempo de resposta seguindo o diâmetro da bainha, para a faixa de trabalho até 2.400 °F e a faixa de 1.000 a 1.200 °C para termopares MI em geral, para o raio mínimo de curvatura de cerca de cinco vezes o diâmetro externo da bainha e o endurecimento causado pela curvatura repetida, para o comportamento higroscópico do isolamento em uma extremidade não selada, para a afirmação de que sua resistência de isolamento cai dramaticamente à medida que a sonda atinge a temperatura de operação, e para as opções de junção aterrada, não aterrada e exposta.
6. Orientação publicada sobre cabos de extensão e compensação, e dados de produto mantidos pela DLX Alloy. Fonte para a distinção entre um cabo de extensão, que usa as mesmas ligas do termopar, e um cabo de compensação, cujas ligas diferem e são combinadas à saída em uma faixa de temperatura limitada, para a condição recozida brilhante em que essas classes são fornecidas, e para os tipos, diâmetros de bainha, comprimentos e formas de junção fornecidos de Changzhou.

Cada valor acima é um valor publicado ou um requisito publicado para o material e a construção nomeados, e as classes de precisão são as bandas publicadas nos padrões e não medições em um sensor entregue. As classes de tolerância se aplicam ao termopar, e a medição entregue no instrumento inclui a junção fria, o cabo e o transmissor. Os limites de curvatura, umidade e resistência de isolamento são propriedades da construção, e o valor para a bainha e o diâmetro encomendado devem ser confirmados contra a folha de dados do fabricante. Os limites de temperatura no ar são definidos pela deriva para esta família e não pela faixa de fusão das ligas, que é por que os valores contínuos publicados são menores que os valores de sobrevivência, e uma sonda escolhida para duty de forno deve ser especificada contra o limite de deriva e não contra a temperatura máxima na folha de tipo.