¿Qué es el termoparejo de platino de rodio?

Un termopar de platino-rodio es un sensor de temperatura cuyas dos patas son aleaciones de platino-rodio, y se compra por una razón que lo diferencia de cualquier termopar de metales base: es el instrumento contra el cual se verifican otros instrumentos. La medición es precisa, la salida es estable durante largos períodos a alta temperatura, y el precio que acompaña a estas dos propiedades es una señal muy pequeña, una elección limitada de aleaciones y un material que pierde su calibración cuando su superficie es atacada.

La página siguiente cubre los tres tipos de metales nobles y cuáles son sus patas, la precisión que permiten los estándares, qué significa la señal pequeña para el instrumento al que está conectado el termopar, qué limita realmente la vida útil de uno de estos sensores y la forma blindada en la que la mayoría de ellos se compran.

La letra fija el par de aleaciones y nada más. Tres tipos de metales nobles están en uso general, y la diferencia entre ellos es el contenido de rodio de las patas, que es lo que establece la salida, el rango y el comportamiento en un horno contaminado.

El punto del Tipo B vale la pena destacarlo por completo, porque es la razón por la que un comprador lo elige. Con platino-rodio en ambas patas, no hay una extremidad de platino puro para que un contaminante ataque y ninguna extremidad de platino puro para que un óxido depositado cambie, y el material publicado sobre la selección de termopares da eso como la razón por la que el Tipo B tolera atmósferas contaminadas mejor que los otros dos tipos de metales nobles. El comercio es la salida: el mismo par de aleaciones produce una fuerza electromotriz menor que el Tipo S o el Tipo R a la misma temperatura, y normalmente no se utiliza por debajo de 600 °C por esa razón.

La tolerancia de un termopar de metal noble se publica como una clase de precisión, y la clase es una banda en la curva de fuerza electromotriz y no una aleación diferente. Un certificado que nombra una clase indica la desviación dentro de la cual se acepta el lote, y una clase más estricta es una banda de aceptación más estrecha en la misma curva.

Dos cualificaciones pertenecen a la tabla. Los equivalentes ASTM de estas clases son los límites especiales y estándar de error, por lo que un certificado puede nombrar cualquiera de los dos sistemas, y los dos no son números idénticos. Y la clase describe el termopar, no la medición: la unión fría, el cable de extensión y el transmisor añaden cada uno a la desviación, por lo que la precisión entregada en el sistema de control es menor que la clase en el certificado del cable.

Un termopar de metal noble produce una fracción de la salida de uno de metal base, y todo lo relacionado con su cableado se deriva de eso. Dos consecuencias merecen estar por escrito antes de pedir el sensor.

La primera es la unión fría. Un termopar mide una diferencia, por lo que la temperatura en los terminales debe ser conocida y compensada, y con una señal pequeña el error de compensación es una parte mayor del total. La segunda es el cable entre el termopar y el instrumento, y hay dos opciones con significados diferentes. Un cable de extensión está hecho de las mismas aleaciones que el termopar, por lo que el par simplemente se extiende hasta el instrumento. Un cable compensador utiliza aleaciones diferentes elegidas para dar la misma salida en un rango de temperatura limitado, y es la opción más barata donde el recorrido es corto y fresco. De cualquier manera, el cable es parte del circuito y sus propias aleaciones deciden si la lectura sobrevive al viaje.

El Tipo B tiene una ventaja práctica que los otros dos no tienen, y los datos de tipo publicados lo indican claramente: dado que la salida del par es insignificante en el rango de 0 °C a 50 °C, la compensación de unión fría normalmente no es necesaria. En una planta donde los terminales se encuentran en un gabinete de control ordinario, eso elimina un eslabón completo de la cadena de medición.

Un termopar de platino-rodio no falla por fusión. Falla mecánicamente o por pérdida de calibración, y los dos mecanismos están publicados y separados. Ambos actúan sobre el metal, y la funda y el relleno a su alrededor pueden ralentizar uno de ellos y no pueden tocar el otro.

El límite de deriva es el que afecta a los usuarios de sondas enfundadas, y la distinción vale la pena señalarla una vez. Una funda protege el termopar de daños mecánicos y del contacto con contaminantes. No protege el alambre de la pérdida de rodio en su propia superficie, porque el termopar aún alcanza la temperatura del horno, y una sonda enfundada que ha estado en un horno oxidante caliente durante un período prolongado, por lo tanto, deriva en la misma dirección que una desnuda.

El termopar blindado, también llamado termopar con aislamiento mineral o MI, no es un termopar ensamblado a partir de piezas sueltas dentro de un tubo de protección. Los alambres, el aislamiento y la funda se construyen como un solo cable, estirado a través de matrices hasta que el polvo cerámico en el interior se compacta alrededor de los alambres y todo el conjunto es sólido y flexible. Esa construcción es de donde provienen las propiedades del producto, y las tres partes llevan una decisión.

Cuatro cosas se derivan de esa construcción, y las guías publicadas sobre la construcción las establecen en estos términos. El polvo compactado llena el espacio alrededor de los alambres y los protege de la humedad, los gases y la contaminación mucho mejor que los aislantes cerámicos sueltos dentro de un tubo, que es una ruta por la cual se ralentiza la deriva. El conjunto sólido resiste vibraciones, golpes y aplastamientos mucho mejor que una sonda ensamblada, que es la respuesta mecánica a la pata quebradiza descrita anteriormente. El cable se puede doblar y enrutar alrededor de obstáculos, lo que un tubo cerámico rígido no puede hacer, y se puede estirar en diámetros muy pequeños, por lo que una sonda MI encaja donde una convencional no lo hace. El tiempo de respuesta sigue el diámetro de la funda, porque una funda delgada tiene poca masa térmica, y el polvo compactado conduce el calor a la unión de manera eficiente.

El rango de trabajo publicado para la construcción depende de la funda y el aislamiento juntos. Las sondas aisladas con óxido de magnesio se publican para su uso hasta 2.400 °F, que son 1.316 °C, y los termopares MI en general se describen como que sirven desde temperaturas criogénicas hasta el rango de 1.000 a 1.200 °C y superiores donde se utilizan aleaciones y diseños especiales. Para un termopar de platino-rodio, el techo práctico en aire lo establece la deriva descrita anteriormente y no el cable, y la misma distinción se aplica aquí como en cualquier otro lugar de este material.

Cuatro limitaciones pertenecen al mismo documento que las ventajas, porque las cuatro son decisiones que un comprador debe tomar y no defectos a evitar.

La cuarta fila es la que generalmente se pasa por alto. Una afirmación de que los alambres se asientan en un estado aislante y hermético al gas describe la intención de diseño de la construcción y la condición a la temperatura de trabajo debe verificarse con la hoja de datos, porque la cerámica que aísla perfectamente cuando está fría conduce mucho mejor cuando está caliente. Esa es una propiedad del aislamiento y se aplica a todos los fabricantes de estas sondas.

Una opción adicional pertenece a la construcción y no al termopar. La unión de medición se forma en la punta de una de tres maneras, y las tres intercambian respuesta contra protección y contra aislamiento eléctrico.

Las patas. El Tipo S es platino con 10 % de rodio contra platino puro, el Tipo R es platino con 13 % de rodio contra platino puro, y el Tipo B es platino con 30 % de rodio contra platino con 6 % de rodio. Los Tipos S y R se utilizan para trabajos de referencia y calibración, y el Tipo B es el elegido donde la atmósfera del horno está contaminada, porque con platino-rodio en ambas patas no hay una extremidad de platino puro para que un contaminante ataque.

Debido a las dos propiedades en el primer párrafo de esta página, y porque los estándares las establecen como números. La tolerancia se publica como una clase de precisión en la curva de fuerza electromotriz, con ±1.0 °C en el rango de 0 a 1.100 °C para los Tipos S y R, ampliándose por encima de eso, y ±0.5 °C para el Tipo B en su rango. Un tipo de metal base en el mismo estándar tiene una banda más ancha, típicamente ±1.5 °C, que es por lo que uno se utiliza para control y el otro para referencia.

Es un termopar construido como un cable con aislamiento mineral y no ensamblado a partir de piezas sueltas: los dos alambres, un aislamiento cerámico compactado que es más comúnmente óxido de magnesio, y una funda metálica sin costura, estirados juntos hasta que el conjunto es sólido. Los materiales de la funda van desde acero inoxidable e Inconel hasta aleaciones especiales y metales nobles, y la construcción proporciona protección contra la contaminación, resistencia a vibraciones y golpes, flexibilidad, diámetros pequeños y un tiempo de respuesta establecido por el diámetro de la funda.

Ralentiza una ruta y no puede tocar la otra. El aislamiento compactado limita la entrada de gases y humedad a los alambres mucho mejor que los aislantes sueltos, lo que ralentiza la contaminación. No detiene la pérdida de rodio de la superficie del alambre, porque el termopar aún alcanza la temperatura del horno, y por encima de aproximadamente 1.100 °C, el rodio migra como vapor metálico y los óxidos volátiles arrastran el metal. La guía publicada para su uso en atmósferas oxidantes restringe los Tipos R y S a operación continua hasta aproximadamente 1.300 °C por esa razón.

La guía publicada es un radio de curvatura mínimo de aproximadamente cinco veces el diámetro exterior de la funda, y es más conservador para fundas delgadas y para curvaturas repetidas. Doblar demasiado bruscamente puede agrietar el aislamiento, deformar los alambres o dañar la funda de una manera que no es visible desde el exterior, y la curvatura repetida de la misma sección endurece la funda. Doble lejos de la punta de la unión y la transición del conector, y forme la forma final antes de que la sonda entre en la instalación.

Normalmente no, y los datos de tipo publicados dan la razón: la salida del par es insignificante en el rango de 0 °C a 50 °C, por lo que la temperatura del terminal no tiene que ser corregida. Los Tipos S y R no tienen esa ventaja, y ambos se cablean con un cable de extensión de las mismas aleaciones o un cable compensador adaptado al tipo en un rango de temperatura limitado.

Un termopar de platino-rodio es un sensor de metal noble, y los tres tipos en uso se separan por el contenido de rodio de sus patas: Tipo S con 10 % de rodio, Tipo R con 13 %, y Tipo B con 30 % y 6 % de rodio en sus dos patas. La precisión se publica como una clase en la curva de fuerza electromotriz, en ±1.0 °C en el rango de 0 a 1.100 °C para los Tipos S y R y ±0.5 °C para el Tipo B en su rango, y la clase describe el termopar y no toda la medición, ya que la unión fría, el cable y el transmisor añaden cada uno a la desviación. El Tipo B tiene la ventaja práctica de que su salida es insignificante entre 0 °C y 50 °C, por lo que normalmente no se requiere compensación de unión fría.

Dos mecanismos limitan la vida útil de un termopar de esta familia, y son el crecimiento de grano en las patas y la pérdida de rodio de la superficie, que deposita óxido en la pata de platino y desplaza la calibración. La forma blindada responde al primero y ralentiza el segundo al mantener los contaminantes alejados del alambre, y no detiene la deriva, que es por lo que el límite continuo publicado para los Tipos R y S en atmósferas oxidantes es de aproximadamente 1.300 °C, incluso donde el termopar en sí mismo sobrevive a temperaturas más altas. La curvatura se limita a un radio de aproximadamente cinco veces el diámetro de la funda, el extremo abierto debe sellarse porque el óxido de magnesio es higroscópico, y la resistencia de aislamiento debe leerse a la temperatura de trabajo y no a temperatura ambiente. Los termopares y las sondas blindadas se suministran desde Changzhou, Jiangsu en Tipo S, Tipo R y Tipo B, en el diámetro de la funda, la longitud y la forma de la unión que requiere la instalación.

1. IEC 60584-1, termopares, tablas de referencia y clases de tolerancia, con ASTM E230 y sus límites de error, y el tratamiento del ASM Handbook de materiales de termopar. Fuente de las composiciones de las patas de los tres tipos de metales nobles, las bandas de clase de precisión citadas para los Tipos S, R y B y para los tipos de metales base, la equivalencia entre la clase y los límites especiales y estándar de error, y el comportamiento comparativo del Tipo B en atmósferas contaminadas.
2. Datos de tipo publicados para los termopares de metales nobles, incluidos los límites de temperatura del Tipo B y la afirmación de que su salida es insignificante en el rango de 0 °C a 50 °C, por lo que la compensación de unión fría normalmente no es necesaria, junto con la nota de que el tipo normalmente no se utiliza por debajo de 600 °C. Fuente de las cifras de rango y de la posición de la unión fría.
3. Bureau International des Poids et Mesures, Guía de Termometría de Termopares, Parte 1. Fuente de la migración de rodio como vapor metálico por encima de 1.100 °C, de la formación de óxidos volátiles de platino y rodio en presencia de oxígeno a alta temperatura, y de la afirmación de que los Tipos R y S pueden usarse continuamente en atmósferas oxidantes hasta aproximadamente 1.300 °C.
4. Pearce y colaboradores, trabajo publicado sobre la deriva termoeléctrica de termopares de platino-rodio por encima de 1.200 °C y sobre la pérdida de masa de alambres de platino-rodio a 1.324 °C. Fuente de los dos modos de falla nombrados de un termopar Tipo R o S, que son el crecimiento excesivo de grano en la pata de platino que causa rotura de alambre y la deriva de temperatura causada por la deposición de óxido de rodio en la pata de platino.
5. Guías técnicas publicadas sobre termopares con aislamiento mineral, junto con el artículo técnico publicado sobre sensores aislados con óxido de magnesio. Fuente de la construcción del cable a partir de los alambres, el aislamiento compactado y la funda sin costura, del uso de óxido de magnesio y óxido de aluminio, de los materiales de funda nombrados, de la protección contra la humedad, los gases y la contaminación, del comportamiento ante vibraciones y golpes, de la flexibilidad, los diámetros pequeños y el tiempo de respuesta que sigue al diámetro de la funda, del rango de trabajo hasta 2.400 °F y del rango de 1.000 a 1.200 °C para termopares MI en general, del radio de curvatura mínimo de aproximadamente cinco veces el diámetro exterior de la funda y del endurecimiento por trabajo causado por curvaturas repetidas, del comportamiento higroscópico del aislamiento en un extremo sin sellar, de la afirmación de que su resistencia de aislamiento cae drásticamente a medida que la sonda alcanza la temperatura de funcionamiento, y de las opciones de unión conectada a tierra, sin conexión a tierra y expuesta.
6. Guías publicadas sobre cables de extensión y compensación, y datos de producto en poder de DLX Alloy. Fuente de la distinción entre un cable de extensión, que utiliza las mismas aleaciones que el termopar, y un cable compensador, cuyas aleaciones difieren y se adaptan a la salida en un rango de temperatura limitado, de la condición recocida brillante en la que se suministran estos grados, y de los tipos, diámetros de funda, longitudes y formas de unión suministrados desde Changzhou.

Cada cifra anterior es un valor publicado o un requisito publicado para el material y la construcción nombrados, y las clases de precisión son las bandas publicadas en los estándares y no mediciones en un sensor entregado. Las clases de tolerancia se aplican al termopar, y la medición entregada en el instrumento incluye la unión fría, el cable y el transmisor. Los límites de curvatura, humedad y resistencia de aislamiento son propiedades de la construcción, y la cifra de la funda y el diámetro pedido deben confirmarse con la hoja de datos del fabricante. Los límites de temperatura en aire los establece la deriva para esta familia y no el rango de fusión de las aleaciones, que es por lo que las cifras continuas publicadas son inferiores a las cifras de supervivencia, y una sonda elegida para una tarea de horno debe especificarse según el límite de deriva y no según la temperatura máxima en la hoja de tipo.