Что такое платиновый родийный термопар?

Платино-родиевый термопара — это датчик температуры, две ветви которого представляют собой сплавы платины и родия, и его покупают по одной причине, отличающей его от всех термопар из неблагородных металлов: это прибор, по которому проверяют другие приборы. Измерение точное, выход стабилен в течение длительного времени при высоких температурах, а цена, связанная с этими двумя свойствами, — это очень слабый сигнал, ограниченный выбор сплавов и материал, который теряет калибровку при повреждении поверхности.

На странице ниже рассматриваются три типа благородных металлов и из чего состоят их ветви, допустимая точность стандартов, что означает слабый сигнал для прибора, к которому подключена пара, что фактически ограничивает срок службы одного из этих датчиков, и бронированная форма, в которой большинство из них покупается.

Буква фиксирует пару сплавов и ничего более. В общем использовании находятся три типа благородных металлов, и разница между ними заключается в содержании родия в ветвях, что определяет выходной сигнал, диапазон и поведение в загрязненной печи.

Стоит подробно остановиться на типе B, потому что именно по этой причине его выбирает покупатель. При наличии платино-родиевого сплава на обеих ветвях нет чистой платиновой ветви, которую мог бы атаковать загрязнитель, и нет чистой платиновой ветви, которую мог бы изменить отложенный оксид, и опубликованные материалы по выбору термопар указывают на это как на причину того, что тип B лучше переносит загрязненные атмосферы, чем два других типа благородных металлов. Компромисс — это выходной сигнал: одна и та же пара сплавов производит меньшую электродвижущую силу, чем тип S или тип R при той же температуре, и обычно не используется ниже 600 °C по этой причине.

Допуск благороднометаллической пары публикуется как класс точности, и класс представляет собой полосу на кривой электродвижущей силы, а не другой сплав. Сертификат, в котором указан класс, указывает отклонение, в пределах которого партия принята, а более строгий класс — это более узкая полоса приемки на той же кривой.

К таблице относятся два уточнения. Эквиваленты этих классов по ASTM — это специальные и стандартные пределы погрешности, поэтому сертификат может содержать любую из этих систем, и они не являются идентичными числами. И класс описывает пару, а не измерение: холодный спай, удлинительный кабель и преобразователь — каждый добавляет отклонение, поэтому точность, достигаемая в системе управления, ниже, чем класс, указанный на сертификате провода.

Благороднометаллическая пара дает лишь малую долю выходного сигнала по сравнению с парой из неблагородных металлов, и все, что касается ее подключения, следует из этого. Две последствия стоит зафиксировать до заказа датчика.

Первое — это холодный спай. Термопара измеряет разницу, поэтому температура на клеммах должна быть известна и компенсирована, а при слабом сигнале ошибка компенсации составляет большую долю от общего. Второе — это кабель между парой и прибором, и здесь есть два варианта с разными значениями. Удлинительный кабель изготавливается из тех же сплавов, что и пара, поэтому пара просто продолжается до прибора. Компенсационный кабель использует другие сплавы, выбранные для обеспечения одинакового выходного сигнала в ограниченном диапазоне температур, и это более дешевый вариант, когда трасса короткая и прохладная. В любом случае кабель является частью цепи, и его собственные сплавы определяют, выживет ли показание в пути.

Тип B несет одно практическое преимущество, которого нет у двух других, и опубликованные данные типа ясно это указывают: поскольку выходной сигнал пары пренебрежимо мал в диапазоне от 0 °C до 50 °C, компенсация холодного спая обычно не требуется. На заводе, где клеммы находятся в обычном шкафу управления, это устраняет целое звено из измерительной цепи.

Платино-родиевая пара не выходит из строя путем плавления. Она выходит из строя либо механически, либо теряя калибровку, и эти два механизма опубликованы и разделены. Оба они воздействуют на металл, а оболочка и набивка вокруг нее могут замедлить один из них и не могут коснуться другого.

Предел дрейфа — это то, что упускают пользователи оболочечных зондов, и это различие стоит отметить один раз. Оболочка защищает пару от механических повреждений и от контакта с загрязнителями. Она не защищает провод от потери родия с его собственной поверхности, потому что пара все равно достигает температуры печи, и оболочечный зонд, который долгое время находился в горячей окислительной печи, поэтому дрейфует в том же направлении, что и голый.

Бронированная термопара, также называемая минерально-изолированной или MI термопарой, — это не пара, собранная из отдельных частей внутри защитной трубки. Провода, изоляция и оболочка изготавливаются как один кабель, протягиваемый через фильеры до тех пор, пока внутренняя керамическая порошковая масса не уплотнится вокруг проводов, и вся сборка не станет цельной и гибкой. Именно из этой конструкции происходят свойства продукта, и каждая из трех частей несет свое решение.

Из этой конструкции следуют четыре вещи, и опубликованные руководства по конструкции излагают их в следующих терминах. Компактированный порошок заполняет пространство вокруг проводов и защищает их от влаги, газов и загрязнений гораздо лучше, чем рыхлые керамические изоляторы внутри трубки, что является одним из путей замедления дрейфа. Цельная сборка гораздо лучше сопротивляется вибрации, ударам и сдавливанию, чем собранный зонд, что является механическим решением проблемы хрупкой ветви, описанной выше. Кабель можно изгибать и прокладывать вокруг препятствий, чего не может сделать жесткая керамическая трубка, и его можно протягивать в очень малых диаметрах, поэтому зонд MI подходит там, где обычный не подходит. Время отклика зависит от диаметра оболочки, поскольку тонкая оболочка имеет малую тепловую массу, а компактированный порошок эффективно проводит тепло к спаю.

Опубликованный рабочий диапазон конструкции зависит от оболочки и изоляции вместе. Зонды с изоляцией из оксида магния рассчитаны на использование до 2400 °F, что составляет 1316 °C, а MI термопары в целом описываются как работающие от криогенных температур до диапазона 1000-1200 °C и выше, где используются специальные сплавы и конструкции. Для платино-родиевой пары практический предел в воздухе определяется дрейфом, описанным выше, а не кабелем, и здесь применяется то же различие, что и везде в этом материале.

Четыре ограничения должны быть включены в тот же документ, что и преимущества, поскольку все четыре являются решениями, которые должен принять покупатель, а не дефектами, которых следует избегать.

Четвертая строка — это та, которую обычно упускают из виду. Утверждение о том, что провода находятся в газонепроницаемом, изолирующем состоянии, описывает конструктивное намерение, и состояние при рабочей температуре должно быть проверено по техническому описанию, поскольку керамика, которая идеально изолирует в холодном состоянии, проводит гораздо лучше в горячем. Это свойство изоляции, и оно применимо к каждому производителю этих зондов.

Еще один выбор относится к конструкции, а не к паре. Измерительный спай формируется на конце одним из трех способов, и эти три способа обеспечивают компромисс между скоростью отклика, защитой и электрической изоляцией.

Ветви. Тип S — платина с 10 % родия против чистой платины, тип R — платина с 13 % родия против чистой платины, а тип B — платина с 30 % родия против платины с 6 % родия. Типы S и R используются для эталонных и калибровочных работ, а тип B выбирается там, где атмосфера печи загрязнена, потому что при наличии платино-родиевого сплава на обеих ветвях нет чистой платиновой ветви, которую мог бы атаковать загрязнитель.

Из-за двух свойств, упомянутых в первом абзаце этой страницы, и потому, что стандарты устанавливают их в виде чисел. Допуск публикуется как класс точности на кривой электродвижущей силы, с ±1.0 °C в диапазоне от 0 до 1100 °C для типов S и R, расширяясь выше этого, и ±0.5 °C для типа B в его диапазоне. Тип из неблагородного металла по тому же стандарту имеет более широкую полосу, обычно ±1.5 °C, поэтому один используется для управления, а другой — для эталона.

Это пара, изготовленная как минерально-изолированный кабель, а не собранная из отдельных частей: два провода, компактированная керамическая изоляция, чаще всего оксид магния, и бесшовная металлическая оболочка, протянутые вместе до получения цельной сборки. Материалы оболочки варьируются от нержавеющей стали и Inconel до специальных сплавов и благородных металлов, а конструкция обеспечивает защиту от загрязнения, устойчивость к вибрации и ударам, гибкость, малые диаметры и время отклика, определяемое диаметром оболочки.

Она замедляет один путь и не может коснуться другого. Компактированная изоляция ограничивает проникновение газов и влаги к проводам гораздо лучше, чем рыхлые изоляторы, что замедляет загрязнение. Она не останавливает потерю родия с поверхности провода, потому что пара все равно достигает температуры печи, и выше примерно 1100 °C родий мигрирует в виде металлического пара, а летучие оксиды уносят металл. Опубликованные рекомендации по использованию в окислительных атмосферах ограничивают типы R и S непрерывной работой до примерно 1300 °C по этой причине.

Опубликованное руководство предусматривает минимальный радиус изгиба около пяти диаметров внешней оболочки, с более консервативными ограничениями для тонких оболочек и для многократных изгибов. Слишком резкий изгиб может растрескать изоляцию, деформировать провода или повредить оболочку таким образом, что это не будет видно снаружи, а многократный изгиб одного и того же участка упрочняет оболочку. Изгибайте подальше от кончика спая и перехода разъема, и придайте окончательную форму перед установкой зонда.

Обычно нет, и опубликованные данные типа указывают причину: выходной сигнал пары пренебрежимо мал в диапазоне от 0 °C до 50 °C, поэтому температуру клемм не нужно корректировать. Типы S и R не имеют этого преимущества, и оба подключаются либо удлинительным кабелем из тех же сплавов, либо компенсирующим кабелем, соответствующим типу в ограниченном диапазоне температур.

Платино-родиевая термопара — это благороднометаллический датчик, и три используемых типа различаются содержанием родия в их ветвях: тип S — 10 % родия, тип R — 13 %, а тип B — 30 % и 6 % родия в двух ветвях. Точность публикуется как класс на кривой электродвижущей силы, составляя ±1.0 °C в диапазоне от 0 до 1100 °C для типов S и R и ±0.5 °C для типа B в его диапазоне, и класс описывает пару, а не все измерение, поскольку холодный спай, кабель и преобразователь — каждый добавляет отклонение. Тип B имеет практическое преимущество в том, что его выходной сигнал пренебрежимо мал между 0 °C и 50 °C, поэтому компенсация холодного спая обычно не требуется.

Два механизма ограничивают срок службы пары этого семейства, и это рост зерна в ветвях и потеря родия с поверхности, который откладывается в виде оксида на платиновой ветви и смещает калибровку. Бронированная форма решает первую проблему и замедляет вторую, удерживая загрязнители подальше от провода, и она не останавливает дрейф, поэтому опубликованный предел непрерывной работы для типов R и S в окислительных атмосферах составляет около 1300 °C, даже если сама пара выдерживает более высокие температуры. Изгиб ограничен радиусом примерно в пять раз больше диаметра оболочки, открытый конец должен быть герметизирован, поскольку оксид магния гигроскопичен, а сопротивление изоляции должно считываться при рабочей температуре, а не при комнатной. Пары и бронированные зонды поставляются из Чанчжоу, Цзянсу в типах S, R и B, в диаметре оболочки, длине и форме спая, которые требуются для установки.

1. IEC 60584-1, термопары, эталонные таблицы и классы допуска, а также ASTM E230 и его пределы погрешности, и обработка материалов термопар в ASM Handbook. Источник составов ветвей трех типов благородных металлов, полос классов точности, указанных для типов S, R и B, а также для типов из неблагородных металлов, эквивалентности между классом и специальными и стандартными пределами погрешности, а также сравнительного поведения типа B в загрязненных атмосферах.
2. Опубликованные данные по типам благороднометаллических термопар, включая температурные пределы типа B и утверждение о том, что его выходной сигнал пренебрежимо мал в диапазоне от 0 °C до 50 °C, поэтому компенсация холодного спая обычно не требуется, вместе с примечанием о том, что тип обычно не используется ниже 600 °C. Источник данных о диапазонах и положении холодного спая.
3. Bureau International des Poids et Mesures, Guide to Thermocouple Thermometry, Part 1. Источник миграции родия в виде металлического пара выше 1100 °C, образования летучих оксидов платины и родия в присутствии кислорода при высоких температурах, а также утверждения о том, что типы R и S могут непрерывно использоваться в окислительных атмосферах до примерно 1300 °C.
4. Pearce и соавторы, опубликованные работы по термоэлектрическому дрейфу платино-родиевых термопар выше 1200 °C и по потере массы платино-родиевых проводов при 1324 °C. Источник двух названных режимов отказа пары типа R или S, которые заключаются в чрезмерном росте зерна в платиновой ветви, вызывающем поломку провода, и температурном дрейфе, вызванном отложением оксида родия на платиновой ветви.
5. Опубликованные технические руководства по минерально-изолированным термопарам, а также опубликованная техническая статья по датчикам с изоляцией из оксида магния. Источник конструкции кабеля из проводов, компактированной изоляции и бесшовной оболочки, использования оксида магния и оксида алюминия, названных материалов оболочки, защиты от влаги, газов и загрязнений, поведения при вибрации и ударах, гибкости, малых диаметров и времени отклика, следующего за диаметром оболочки, рабочего диапазона до 2400 °F и диапазона 1000-1200 °C для MI термопар в целом, минимального радиуса изгиба около пяти диаметров внешней оболочки и упрочнения, вызванного многократным изгибом, гигроскопического поведения изоляции на незагерметизированном конце, утверждения о том, что ее сопротивление изоляции резко падает по мере достижения зондом рабочей температуры, а также вариантов заземленного, незаземленного и открытого спая.
6. Опубликованные руководства по удлинительным и компенсирующим кабелям, а также данные о продукции, имеющиеся у DLX Alloy. Источник различия между удлинительным кабелем, который использует те же сплавы, что и пара, и компенсирующим кабелем, сплавы которого отличаются и подобраны к выходному сигналу в ограниченном диапазоне температур, для состояния яркого отжига, в котором поставляются эти марки, а также для типов, диаметров оболочки, длин и форм спая, поставляемых из Чанчжоу.

Каждая приведенная выше цифра является опубликованным значением или опубликованным требованием для названного материала и конструкции, а классы точности — это полосы, опубликованные в стандартах, а не измерения на поставленном датчике. Классы допуска применяются к паре, а измеренное значение, достигаемое прибором, включает холодный спай, кабель и преобразователь. Ограничения на изгиб, влагу и сопротивление изоляции являются свойствами конструкции, а цифра для оболочки и заказанного диаметра должна быть подтверждена по техническому описанию производителя. Температурные пределы в воздухе определяются дрейфом для этого семейства, а не диапазоном плавления сплавов, поэтому опубликованные цифры непрерывной работы ниже цифр выживаемости, и зонд, выбранный для работы в печи, должен быть указан в соответствии с пределом дрейфа, а не с максимальной температурой в техническом описании типа.