¿Cuáles son los tipos de cables de termopares?

El cable de termopar se vende por letra. K, J, T, E, N, R, S y B son las ocho designaciones de letras de uso industrial común, y cada una es una combinación publicada de dos metales diferentes con su propia tabla de voltaje, su propio rango de temperatura y su propio error permitido. La letra es lo único que el instrumento necesita para convertir los milivoltios en temperatura, por lo que es la primera línea en cualquier especificación.

Lo que la letra fija y lo que deja abierto

La letra responde a cuatro preguntas a la vez: qué dos aleaciones están dentro, para qué rango de temperatura se caracterizó la combinación, cuánto error se permite cuando el cable es nuevo y de qué color debe ser el aislamiento. Esas cuatro son la razón por la que existen las letras, porque un comprador en un país y un instrumento en otro pueden acordar una lectura sin intercambiar tablas.

Lo que la letra no responde es dónde se puede usar ese cable. El rango nominal en una hoja de datos es el lapso durante el cual se comporta la combinación, y no es el límite de la instalación. El calibre del conductor, el aislamiento, la funda y la atmósfera le quitan temperatura a la parte superior, y eso pertenece al comprador, ya que el estándar no tiene nada que decir al respecto.

Los Ocho Tipos de Letras

Cuatro de los ocho son pares de metales base, construidos sobre níquel, hierro y cobre, y cuatro son pares de metales nobles construidos sobre platino y rodio. Los dos grupos tienen precios muy diferentes y se comportan de manera distinta, y la división es lo primero que hay que saber.

Tres hechos sobre esa tabla merecen ser aislados, porque cada uno cambia una decisión. El Tipo E tiene la mayor salida de cualquier tipo estándar, por lo que un pequeño cambio de temperatura produce una señal mayor y el instrumento tiene un trabajo más fácil; es por eso que se encuentra más en bancos de prueba que en trabajos de proceso general. El Tipo B tiene la menor salida de los ocho, y sus datos publicados señalan que lee lo mismo a 0 °C y 42 °C, por lo que no se puede usar en el extremo frío en absoluto. Y el Tipo K cubre el rango más amplio de los tipos de metales base, lo que es la mayor parte de la razón por la que es el predeterminado.

Los pares de tungsteno-renio no están en esta tabla a propósito. Los tipos C y D usan W5Re/W26Re y W3Re/W25Re respectivamente, y no son designaciones de letras en el mismo sentido: están cubiertos por ASTM E1751, la guía para combinaciones no designadas por letras, y se sientan fuera de las tablas designadas por letras. Una especificación que pide un par de tungsteno es una conversación diferente a una que pide una letra.

El rango en la hoja de datos no es el rango en servicio

Se cita un rango nominal para el par de aleaciones. Los límites superiores publicados a continuación son para termopares protegidos, en una funda de extremo cerrado, y difieren según el calibre del conductor. El mismo tipo que está clasificado para 1.250 °C en papel está clasificado para 760 °C en el calibre más fino listado.

También importa un segundo rango, y es el que causa discusiones. Las tablas de tolerancia no cubren el rango nominal completo. Según ASTM E230, los límites publicados se aplican al Tipo J de 0 a 760 °C, a los Tipos K y N de 0 a 1.260 °C, al Tipo T de 0 a 370 °C, al Tipo E de 0 a 870 °C, a los Tipos R y S de 0 a 1.480 °C, y al Tipo B de 870 a 1.700 °C. Fuera de esos rangos, el cable no se compra contra un límite publicado, independientemente de lo que diga el rango nominal, y las cifras porcentuales se aplican a lecturas superiores a cero.

Tolerancia: Dos Sistemas, Dos Conjuntos de Números

Europa y América del Norte describen el mismo cable en diferentes idiomas, y los dos no son intercambiables en una orden de compra. América del Norte utiliza grados, llamados límites estándar y límites especiales, y cita cada uno como el mayor de un número fijo de grados o un porcentaje de la lectura. IEC 60584 clasifica los cables en clases, numeradas 1, 2 y 3, y cita cada una contra un rango de temperatura.

La frase 'el mayor de' importa más de lo que parece. Un cable de Tipo K de grado estándar que lee 500 °C puede tener un error de ±3.75 °C, porque el 0.75 % de 500 es mayor que los 2.2 °C fijos; un cable de grado especial al mismo punto puede tener un error de 2.0 °C. Por debajo de aproximadamente 293 °C, la cifra fija toma el control y rige en su lugar. Por lo tanto, el error al que un comprador tiene derecho no es una constante, y una reclamación sobre precisión que no nombra la temperatura no es una reclamación en absoluto.

Otras dos trampas se encuentran en la comparación. El Tipo J está cubierto hasta 750 °C bajo IEC y 760 °C bajo ASTM, por lo que una hoja de datos escrita según un estándar y leída contra otro parecerá incorrecta en 10 °C. Y las clases IEC son rangos, por lo que el mismo cable de Clase 2 tiene dos números diferentes dependiendo de dónde se use en su rango. Cuando se cotiza un cable, el estándar debe ser nombrado junto a la clase o el grado, o el número no significa nada.

El Código de Colores y el Error que Causa

El color del aislamiento está destinado a identificar el tipo sin leer la impresión, y los dos estándares detrás de él no están de acuerdo. Según ANSI MC96.1 y ASTM E230, el cable negativo es siempre rojo y el cable positivo lleva el color del tipo. Según IEC 60584, el cable negativo es blanco en su lugar, lo que cambia cada combinación.

Un cable Tipo K amarillo y rojo en un panel norteamericano y uno verde y blanco en equipo importado son el mismo termopar en dos dialectos. Dos errores siguen de eso, y ambos se cometen en los terminales, no en la mesa de dibujo. El primero es la polaridad: invertir las patas de un par invierte la lectura, y el resultado parece un problema de calibración. El segundo es el cable de extensión. Cada unión entre metales disímiles añade su propio voltaje, por lo que un cable de cobre ordinario que va entre el sensor y el instrumento introduce uniones que nunca estuvieron en el cálculo. El cable de extensión debe coincidir con la letra del tipo en todo el recorrido, y el estándar debe ser nombrado al pedir el cable.

En qué falla cada tipo

Ningún tipo falla al azar. Cada uno tiene una debilidad conocida, y la mayoría de ellas se manifiestan como un cambio en la lectura, sin nada visiblemente roto.

Elección de un tipo, en cinco comprobaciones

El orden de las comprobaciones importa, porque las dos primeras descartan tipos y las restantes solo eligen entre lo que queda.

1. Rango de temperatura. Elija un tipo cuyo rango publicado deje margen por encima del pico, luego redúzcalo para el calibre, el aislamiento y la funda. La cifra nominal es el punto de partida, no la respuesta.
2. Atmósfera. Las condiciones oxidantes son adecuadas para K, N, R y S. El vacío, las condiciones inertes y reductoras son adecuadas para J. La humedad favorece a T y descarta a J. El hidrógeno y los gases reductores descartan los tipos de platino.
3. Precisión. Decida si los límites estándar son suficientes antes de cotizar el grado especial, y recuerde que el resultado es solo tan bueno como el manejo de la unión de referencia y el instrumento detrás de él.
4. Instrumento y cable. El controlador, transmisor o registrador debe configurarse en la letra exacta, y el cable de extensión debe coincidir hasta los terminales.
5. Estándar de color. Confirme si el sitio lee colores ANSI o IEC antes de cortar el cable.

Esas cinco comprobaciones producen una especificación corta, y la especificación es lo que debe llevar el pedido.

Preguntas que hacen los compradores

¿Cuál es el tipo de termopar más común?

Tipo K, por un amplio margen. Cubre el rango más amplio de los tipos de metales base, es el más barato de los cuatro pares de uso general, y casi todos los controladores y transmisores lo soportan de fábrica. Lo que lo descarta es la atmósfera: es la opción incorrecta en vacío, o en un horno que alterna entre condiciones oxidantes y reductoras.

¿Qué tipo es el más preciso?

Tipos R y S, en papel. Sus límites especiales son ±0.6 °C o 0.1 % de la lectura, los más ajustados de los ocho, y el Tipo S se usa a menudo como referencia. Entre los tipos de metales base, el Tipo T es el más ajustado con ±0.5 °C o 0.4 %, lo que es parte de la razón por la que se usa para cadena de frío y trabajo de laboratorio. La precisión en papel no es precisión en campo: la unión de referencia, el cable de extensión y el instrumento añaden error.

¿Qué me dice el color del cable del termopar?

Si sabes a qué estándar se coloreó. Según ANSI, la pata negativa es roja y la pata positiva toma el color del tipo, por lo que un par Tipo K es amarillo y rojo. Según IEC, la pata negativa es blanca, y el mismo par Tipo K es verde y blanco. Un par que parece desconocido es más probable que sea del otro estándar que del sensor incorrecto.

¿Cuál es la diferencia entre límites estándar y límites especiales?

El error permitido, y aproximadamente la mitad de él. Para el Tipo K, el límite estándar es ±2.2 °C o 0.75 % y el límite especial es ±1.1 °C o 0.4 %, cualquiera de las dos cifras que sea mayor a la temperatura en cuestión. IEC describe el mismo cable con números de clase en lugar de grados, y los números difieren ligeramente, por lo que el estándar debe ser nombrado en el pedido.

¿Puedo sustituir el Tipo N por el Tipo K?

No sin cambiar el resto del bucle. El Tipo N se desarrolló como una alternativa más estable a K bajo calor sostenido, y tiene los mismos límites publicados, pero es un par de aleaciones diferente con una tabla de voltaje diferente. El transmisor, controlador o registrador debe configurarse en N, y el cable de extensión también debe ser de Tipo N, o la lectura se tomará de la tabla incorrecta.

¿Por qué el mismo cable tiene dos límites de temperatura diferentes?

Porque el rango nominal describe el par de aleaciones y el límite de servicio describe la instalación. Un par Tipo K se caracteriza de −200 a 1.250 °C, pero el límite superior publicado para un termopar protegido cae de 980 °C en 20 AWG a 760 °C en 30 AWG, y las tablas de tolerancia ASTM cubren un rango más estrecho que el rango nominal en todos los casos. El límite que se aplica es el más bajo de los tres.

Resumen

Los ocho tipos de letras son una abreviatura de cuatro cosas a la vez: el par de aleaciones, el rango para el que se caracterizó la combinación, el error permitido y el color del aislamiento. El Tipo K es el predeterminado de uso general, T y E cubren el extremo frío y el extremo de alta resolución, N es el tipo de metal base más estable por encima de 1.000 °C, y R, S y B toman los extremos a un precio de platino. Lo que la letra no resuelve es el límite en servicio, que el calibre, la construcción y la atmósfera deciden.

DLX Alloy ha estado fabricando aleaciones de níquel en Changzhou, Jiangsu desde 2002, en un sitio de 12.000 m² que cuenta con certificación ISO 9001 y es auditado por SGS. El cable de termopar se suministra en los ocho tipos de letras anteriores, como cable desnudo y como cable con aislamiento mineral: envíe el tipo, el grado o la clase, el rango y la construcción para una cotización confirmada.

Referencias

1. ASTM E230/E230M, tablas de temperatura-fuerza electromotriz para termopares estandarizados. Fuente de los límites de error, de los rangos sobre los cuales se aplican esos límites y del código de colores en su forma ANSI.
2. IEC 60584-1, termopares: especificaciones y tolerancias de FEM. Fuente del sistema de clases y de la tabla de tolerancias.
3. IEC 60584-3, termopares: cables de extensión y de compensación, tolerancias y sistema de identificación. Fuente del código de colores IEC y de la pata negativa blanca.
4. ANSI MC96.1, termopares de medición de temperatura. Fuente de las asignaciones de colores ANSI, en las que la pata negativa es roja para cada tipo.
5. ASTM E1751/E1751M, guía para tablas de temperatura-FEM para combinaciones de termopares no designadas por letras. Fuente de la posición de los pares de tungsteno-renio, Tipos C y D, fuera de las designaciones de letras.
6. Comparación de tipos de termopares de TE Connectivity. Fuente de los nombres comerciales, los rangos de aplicación, las tablas de especificaciones de diseño y los límites superiores recomendados por calibre de cable.
7. Gráfico de tipos de termopares publicado y comparación de tolerancias, Tripoint Technical Services. Fuente de los límites de error por grado, el ejemplo práctico de la regla del "mayor de", la comparación de colores ANSI frente a IEC y los modos de falla por tipo.
8. Datos de producto en poder de DLX Alloy. Fuente de las formas suministradas.

Las cifras citadas son valores publicados para cable nuevo y no son límites de aceptación. Un lote de termopar se acepta contra el tipo, grado o clase, rango y construcción solicitados, y las cifras de tolerancia describen solo cable nuevo: no dicen nada sobre la deriva después de que el sensor ha estado en servicio, lo que es una cuestión de calibración.