Co to jest platynowa termopar rodiowa?

Termopara platynowo-rodowa to czujnik temperatury, którego dwa ramiona są stopami platyny i rodu, i jest kupowana z jednego powodu, który odróżnia ją od wszystkich par bazowych metali: jest to przyrząd, którym sprawdzane są inne przyrządy. Pomiar jest dokładny, wyjście jest stabilne przez długi czas w wysokiej temperaturze, a cena, która towarzyszy tym dwóm właściwościom, to bardzo mały sygnał, ograniczony wybór stopów i materiał, który traci kalibrację, gdy jego powierzchnia jest atakowana.

Poniższa strona omawia trzy rodzaje metali szlachetnych i z czego składają się ich ramiona, dokładność dopuszczaną przez normy, co oznacza mały sygnał dla przyrządu, do którego podłączona jest para, co faktycznie ogranicza żywotność jednego z tych czujników oraz w formie pancernej, w jakiej większość z nich jest kupowana.

Litera ustala parę stopów i nic więcej. W powszechnym użyciu są trzy rodzaje metali szlachetnych, a różnica między nimi polega na zawartości rodu w ramionach, co wpływa na wyjście, zakres i zachowanie w zanieczyszczonym piecu.

Warto podkreślić punkt Typu B, ponieważ jest to powód, dla którego kupujący go wybiera. Ze stopem platyny i rodu na obu ramionach nie ma ramienia z czystej platyny, które mogłoby być atakowane przez zanieczyszczenie, ani ramienia z czystej platyny, które mogłoby być zmieniane przez osadzony tlenek, a publikowane materiały dotyczące wyboru termopar podają to jako powód, dla którego Typ B lepiej toleruje zanieczyszczone atmosfery niż pozostałe dwa typy metali szlachetnych. Kompromisem jest wyjście: ta sama para stopów daje mniejszą siłę elektromotoryczną niż Typ S lub Typ R w tej samej temperaturze i z tego powodu zazwyczaj nie jest używana poniżej 600 °C.

Tolerancja pary metali szlachetnych jest publikowana jako klasa dokładności, a klasa to pasmo na krzywej siły elektromotorycznej, a nie inny stop. Certyfikat, który podaje klasę, określa odchylenie, w jakim partia jest akceptowana, a ciaśniejsza klasa to węższe pasmo akceptacji na tej samej krzywej.

Dwie kwalifikacje należą do tabeli. Odpowiedniki ASTM tych klas to specjalne i standardowe limity błędów, więc certyfikat może podawać jeden z tych systemów, a te dwa nie są identycznymi liczbami. A klasa opisuje parę, a nie pomiar: zimne złącze, kabel przedłużający i przetwornik każdy dodaje do odchylenia, więc dokładność dostarczana do systemu sterowania jest luźniejsza niż klasa na certyfikacie drutu.

Para metali szlachetnych daje ułamek wyjścia pary bazowego metalu, a wszystko o sposobie jej podłączenia wynika z tego. Dwie konsekwencje warto mieć na piśmie przed zamówieniem czujnika.

Pierwsza to zimne złącze. Termopara mierzy różnicę, więc temperatura na zaciskach musi być znana i skompensowana, a przy małym sygnale błąd kompensacji stanowi większą część całości. Drugi to kabel między parą a przyrządem, i są dwie opcje o różnych znaczeniach. Kabel przedłużający jest wykonany z tych samych stopów co para, więc para jest po prostu kontynuowana do przyrządu. Kabel kompensacyjny wykorzystuje różne stopy wybrane tak, aby dawały to samo wyjście w ograniczonym zakresie temperatur, i jest to tańsza opcja, gdy odcinek jest krótki i chłodny. W każdym razie kabel jest częścią obwodu, a jego własne stopy decydują o tym, czy odczyt przetrwa podróż.

Typ B niesie jedną praktyczną zaletę, której nie mają pozostałe dwa, a publikowane dane typu podają to jasno: ponieważ wyjście pary jest znikome w zakresie od 0 °C do 50 °C, kompensacja zimnego złącza zazwyczaj nie jest wymagana. W zakładzie, gdzie zaciski znajdują się w zwykłej szafie sterowniczej, usuwa to cały element z łańcucha pomiarowego.

Para platynowo-rodowa nie ulega awarii przez stopienie. Ulega awarii mechanicznie lub przez utratę kalibracji, a oba mechanizmy są publikowane i oddzielne. Oba działają na metal, a osłona i wypełnienie wokół niej mogą spowolnić jeden z nich i nie mogą dotknąć drugiego.

Limit dryfu jest tym, który łapie użytkowników sond osłoniętych, a rozróżnienie jest warte podkreślenia raz. Osłona chroni parę przed uszkodzeniem mechanicznym i kontaktem z zanieczyszczeniami. Nie chroni drutu przed utratą rodu z jego własnej powierzchni, ponieważ para nadal osiąga temperaturę pieca, a sonda osłonięta, która była w gorącym piecu utleniającym przez długi czas, w związku z tym dryfuje w tym samym kierunku co goła.

Termopara pancerna, zwana również termoparą izolowaną mineralnie lub termoparą MI, nie jest parą złożoną z luźnych części wewnątrz rury ochronnej. Druty, izolacja i osłona są zbudowane jako jeden kabel, przeciągane przez matryce, aż proszek ceramiczny wewnątrz zostanie skompresowany wokół drutów, a cała konstrukcja stanie się jednolita i elastyczna. Ta konstrukcja jest źródłem właściwości produktu, a każda z trzech części niesie ze sobą decyzję.

Z tej konstrukcji wynikają cztery rzeczy, a opublikowane przewodniki po konstrukcji podają je w tych terminach. Skompresowany proszek wypełnia przestrzeń wokół drutów i chroni je przed wilgocią, gazami i zanieczyszczeniami znacznie lepiej niż luźne izolatory ceramiczne wewnątrz rury, co jest jedną z dróg, przez które spowolniony jest dryf. Jednolita konstrukcja znacznie lepiej niż złożona sonda opiera się wibracjom, wstrząsom i zgniataniu, co jest mechaniczną odpowiedzią na kruche ramię opisane powyżej. Kabel można zginać i prowadzić wokół przeszkód, czego nie może zrobić sztywna rura ceramiczna, i można go ciągnąć w bardzo małych średnicach, więc sonda MI pasuje tam, gdzie konwencjonalna nie pasuje. Czas reakcji wynika ze średnicy osłony, ponieważ cienka osłona ma małą masę termiczną, a skompresowany proszek efektywnie przewodzi ciepło do złącza.

Opublikowany zakres roboczy dla konstrukcji zależy od osłony i izolacji razem. Sondy izolowane tlenkiem magnezu są publikowane do użytku do 2400 °F, co odpowiada 1316 °C, a termopary MI ogólnie są opisywane jako służące od temperatur kriogenicznych do zakresu 1000 do 1200 °C i wyższych, gdzie stosuje się specjalne stopy i konstrukcje. Dla pary platynowo-rodowej praktyczny sufit w powietrzu jest ustalany przez dryf opisany powyżej, a nie przez kabel, i to samo rozróżnienie ma zastosowanie tutaj, jak wszędzie indziej w tym materiale.

Cztery ograniczenia należą do tego samego dokumentu co zalety, ponieważ wszystkie cztery są decyzjami, które kupujący musi podjąć, a nie wadami, których należy unikać.

Czwarty wiersz jest tym, który jest zazwyczaj pomijany. Twierdzenie, że druty znajdują się w stanie gazoszczelnym i izolującym, opisuje zamierzoną konstrukcję, a stan w temperaturze roboczej musi być sprawdzony w stosunku do karty katalogowej, ponieważ ceramika, która doskonale izoluje na zimno, przewodzi znacznie lepiej na gorąco. Jest to właściwość izolacji i dotyczy każdego producenta tych sond.

Jeszcze jeden wybór należy do konstrukcji, a nie do pary. Złącze pomiarowe jest formowane na końcu na jeden z trzech sposobów, a te trzy kompromisy między czasem reakcji a ochroną i izolacją elektryczną.

Ramiona. Typ S to platyna z 10% rodu kontra czysta platyna, Typ R to platyna z 13% rodu kontra czysta platyna, a Typ B to platyna z 30% rodu kontra platyna z 6% rodu. Typ S i R są używane do prac referencyjnych i kalibracyjnych, a Typ B jest wybierany tam, gdzie atmosfera pieca jest zanieczyszczona, ponieważ ze stopem platyny i rodu na obu ramionach nie ma ramienia z czystej platyny, które mogłoby być atakowane przez zanieczyszczenie.

Ze względu na dwie właściwości opisane w pierwszym akapicie tej strony, a także dlatego, że normy podają je jako liczby. Tolerancja jest publikowana jako klasa dokładności na krzywej siły elektromotorycznej, z ±1,0 °C w zakresie od 0 do 1100 °C dla Typów S i R, rozszerzając się powyżej tej wartości, i ±0,5 °C dla Typu B w jego zakresie. Para bazowego metalu na tej samej normie ma szersze pasmo, zazwyczaj ±1,5 °C, dlatego jedna jest używana do sterowania, a druga do referencji.

Jest to para zbudowana jako kabel izolowany mineralnie, a nie złożona z luźnych części: dwa druty, skompresowana izolacja ceramiczna, najczęściej tlenek magnezu, i bezszwowa metalowa osłona, ciągnięte razem, aż konstrukcja stanie się jednolita. Materiały osłonowe wahają się od stali nierdzewnej i Inconelu po specjalistyczne stopy i metale szlachetne, a konstrukcja zapewnia ochronę przed zanieczyszczeniem, odporność na wibracje i wstrząsy, możliwość gięcia, małe średnice i czas reakcji określony przez średnicę osłony.

Spowalnia jedną drogę i nie może dotknąć drugiej. Skompresowana izolacja ogranicza wnikanie gazów i wilgoci do drutów znacznie lepiej niż luźne izolatory, co spowalnia zanieczyszczenie. Nie zatrzymuje utraty rodu z powierzchni drutu, ponieważ para nadal osiąga temperaturę pieca, a powyżej około 1100 °C rod migruje jako para metaliczna, a lotne tlenki przenoszą metal. Publikowane wskazówki dotyczące stosowania w atmosferach utleniających ograniczają Typy R i S do ciągłej pracy do około 1300 °C z tego powodu.

Opublikowana wytyczna to minimalny promień gięcia około pięciokrotności średnicy zewnętrznej osłony, a jest bardziej konserwatywna dla cienkich osłon i dla powtarzalnego gięcia. Zbyt ostre gięcie może spowodować pęknięcie izolacji, zniekształcenie drutów lub uszkodzenie osłony w sposób niewidoczny z zewnątrz, a powtarzalne gięcie tego samego odcinka utwardza osłonę. Giąć z dala od końcówki złącza i przejścia złącza, i uformować ostateczny kształt przed zainstalowaniem sondy.

Zazwyczaj nie, a publikowane dane typu podają powód: wyjście pary jest znikome w zakresie od 0 °C do 50 °C, więc temperatura zacisków nie musi być korygowana. Typ S i R nie mają tej zalety i oba są podłączane za pomocą kabla przedłużającego z tych samych stopów lub kabla kompensacyjnego dopasowanego do typu w ograniczonym zakresie temperatur.

Termopara platynowo-rodowa to czujnik z metali szlachetnych, a trzy używane typy różnią się zawartością rodu w ich ramionach: Typ S przy 10% rodu, Typ R przy 13%, a Typ B z 30% i 6% rodu na swoich dwóch ramionach. Dokładność jest publikowana jako klasa na krzywej siły elektromotorycznej, z ±1,0 °C w zakresie od 0 do 1100 °C dla Typów S i R oraz ±0,5 °C dla Typu B w jego zakresie, a klasa opisuje parę, a nie cały pomiar, ponieważ zimne złącze, kabel i przetwornik każdy dodaje do odchylenia. Typ B ma praktyczną zaletę, że jego wyjście jest znikome między 0 °C a 50 °C, więc kompensacja zimnego złącza zazwyczaj nie jest wymagana.

Dwa mechanizmy ograniczają żywotność pary z tej rodziny, a są to wzrost ziarna w ramionach i utrata rodu z powierzchni, który osadza tlenek na ramieniu platynowym i przesuwa kalibrację. Forma pancerna odpowiada na pierwszy i spowalnia drugi, utrzymując zanieczyszczenia z dala od drutu, i nie zatrzymuje dryfu, dlatego opublikowany limit ciągłej pracy dla Typów R i S w atmosferach utleniających wynosi około 1300 °C, nawet tam, gdzie sama para przeżywa wyższe temperatury. Gięcie jest ograniczone do promienia około pięciokrotności średnicy osłony, otwarty koniec musi być uszczelniony, ponieważ tlenek magnezu jest higroskopijny, a rezystancja izolacji musi być odczytywana w temperaturze roboczej, a nie w temperaturze pokojowej. Pary i sondy pancerne są dostarczane z Changzhou, Jiangsu w Typie S, Typie R i Typie B, w średnicy osłony, długości i formie złącza, których wymaga instalacja.

1. IEC 60584-1, termopary, tabele referencyjne i klasy tolerancji, wraz z ASTM E230 i jego limitami błędów, oraz opracowanie ASM Handbook dotyczące materiałów termoparowych. Źródło składu ramion trzech typów metali szlachetnych, pasm klas dokładności podanych dla Typów S, R i B oraz dla typów bazowych metali, równoważności między klasą a specjalnymi i standardowymi limitami błędów, oraz porównawczego zachowania Typu B w zanieczyszczonych atmosferach.
2. Opublikowane dane typów termopar z metali szlachetnych, w tym limity temperaturowe Typu B i stwierdzenie, że jego wyjście jest znikome w zakresie od 0 °C do 50 °C, dzięki czemu kompensacja zimnego złącza zazwyczaj nie jest wymagana, wraz z uwagą, że typ ten zazwyczaj nie jest używany poniżej 600 °C. Źródło danych zakresowych i pozycji zimnego złącza.
3. Bureau International des Poids et Mesures, Guide to Thermocouple Thermometry, Part 1. Źródło migracji rodu jako pary metalicznej powyżej 1100 °C, tworzenia lotnych tlenków platyny i rodu w obecności tlenu w wysokiej temperaturze, oraz stwierdzenia, że Typy R i S mogą być używane w sposób ciągły w atmosferach utleniających do około 1300 °C.
4. Pearce i współpracownicy, opublikowane prace dotyczące dryfu termoelektrycznego termopar platynowo-rodowych powyżej 1200 °C oraz utraty masy drutów platynowo-rodowych w temperaturze 1324 °C. Źródło dwóch nazwanych trybów awarii pary Typu R lub S, którymi są nadmierny wzrost ziarna w ramieniu platynowym powodujący przerwanie drutu i dryf temperatury spowodowany osadzaniem się tlenku rodu na ramieniu platynowym.
5. Opublikowane przewodniki techniczne dotyczące termopar izolowanych mineralnie, wraz z opublikowanym artykułem technicznym na temat sond izolowanych tlenkiem magnezu. Źródło konstrukcji kabla z drutów, skompresowanej izolacji i bezszwowej osłony, zastosowania tlenku magnezu i tlenku aluminium, materiałów osłonowych, ochrony przed wilgocią, gazami i zanieczyszczeniami, zachowania wibracji i wstrząsów, możliwości gięcia, małych średnic i czasu reakcji wynikającego ze średnicy osłony, zakresu roboczego do 2400 °F i zakresu 1000 do 1200 °C dla termopar MI ogólnie, minimalnego promienia gięcia około pięciokrotności średnicy zewnętrznej osłony i utwardzania przez powtarzalne gięcie, higroskopijnego zachowania izolacji na nieuszczelnionym końcu, stwierdzenia, że jej rezystancja izolacji dramatycznie spada, gdy sonda osiąga temperaturę roboczą, oraz opcji złączy uziemionych, nieuziemionych i odsłoniętych.
6. Opublikowane wskazówki dotyczące kabli przedłużających i kompensacyjnych oraz dane produktowe posiadane przez DLX Alloy. Źródło rozróżnienia między kablem przedłużającym, który wykorzystuje te same stopy co para, a kablem kompensacyjnym, którego stopy są różne i dopasowane do wyjścia w ograniczonym zakresie temperatur, dla stanu wyżarzonego na jasno, w jakim dostarczane są te gatunki, oraz dla typów, średnic osłon, długości i form złączy dostarczanych z Changzhou.

Każda z powyższych liczb jest wartością opublikowaną lub wymogiem opublikowanym dla nazwanego materiału i konstrukcji, a klasy dokładności to pasma opublikowane w normach, a nie pomiary na dostarczonym czujniku. Klasy tolerancji dotyczą pary, a pomiar dostarczany do przyrządu obejmuje zimne złącze, kabel i przetwornik. Limity dotyczące gięcia, wilgoci i rezystancji izolacji są właściwościami konstrukcji, a dane dotyczące osłony i zamówionej średnicy należy potwierdzić w karcie katalogowej producenta. Limity temperaturowe w powietrzu są ustalane przez dryf dla tej rodziny, a nie przez zakres topnienia stopów, dlatego opublikowane wartości ciągłe są niższe niż wartości przeżycia, a sonda wybrana do pracy w piecu powinna być określona na podstawie limitu dryfu, a nie maksymalnej temperatury podanej na karcie typu.