Wat is een platina-rodium thermocouple?

Een platina-rhodiumthermometer is een temperatuursensor waarvan de twee poten platina-rhodiumlegeringen zijn, en hij wordt om één reden gekocht die hem onderscheidt van elke basismetaalkoppel: het is het instrument waartegen andere instrumenten worden gecontroleerd. De meting is nauwkeurig, de output is stabiel over lange perioden bij hoge temperatuur, en de prijs die bij deze twee eigenschappen hoort, is een zeer klein signaal, een beperkte keuze aan legeringen, en een materiaal dat zijn kalibratie verliest wanneer het oppervlak wordt aangetast.

De onderstaande pagina behandelt de drie edelmetaaltypes en wat hun poten zijn, de nauwkeurigheid die de normen toestaan, wat het kleine signaal betekent voor het instrument waaraan de koppel is bedraad, wat de levensduur van een van deze sensoren feitelijk beperkt, en de gepantserde vorm waarin de meeste van hen worden gekocht.

De letter bepaalt het paar legeringen en niets anders. Drie edelmetaaltypes zijn in algemeen gebruik, en het verschil tussen hen is het rhodiumgehalte van de poten, wat de output, het bereik en het gedrag in een gecontamineerde oven bepaalt.

Het Type B-punt is de moeite waard om volledig te vermelden, omdat het de reden is waarom een koper het kiest. Met platina-rhodium op beide poten is er geen zuivere platina-tak die een verontreiniging kan aantasten en geen zuivere platina-tak waar een gedeponeerd oxide op kan veranderen, en gepubliceerd materiaal over de selectie van thermometers geeft dit als reden waarom Type B beter bestand is tegen gecontamineerde atmosferen dan de andere twee edelmetaaltypes. De handel is output: hetzelfde legeringspaar produceert een kleinere elektromotorische kracht dan Type S of Type R bij dezelfde temperatuur, en het wordt om die reden normaal gesproken niet onder de 600 °C gebruikt.

De tolerantie van een edelmetaalkoppel wordt gepubliceerd als een nauwkeurigheidsklasse, en de klasse is een band op de elektromotorische krachtcurve en niet een andere legering. Een certificaat dat een klasse vermeldt, geeft de afwijking aan waarbinnen het lot wordt geaccepteerd, en een strakkere klasse is een smallere acceptatieband op dezelfde curve.

Twee kwalificaties behoren bij de tabel. De ASTM-equivalenten van deze klassen zijn de speciale en de standaard foutgrenzen, dus een certificaat kan elk systeem vermelden, en de twee zijn geen identieke getallen. En de klasse beschrijft de koppel, niet de meting: de koude overgang, de verlengkabel en de zender voegen elk toe aan de afwijking, dus de nauwkeurigheid die bij het regelsysteem wordt geleverd, is losser dan de klasse op het certificaat van de draad.

Een edelmetaalkoppel produceert een fractie van de output van een basismetaal, en alles over hoe het is bedraad volgt daaruit. Twee gevolgen zijn de moeite waard om op papier te hebben voordat de sensor wordt besteld.

De eerste is de koude overgang. Een thermometer meet een verschil, dus de temperatuur bij de terminals moet bekend zijn en gecompenseerd worden, en bij een klein signaal is de compensatiefout een groter deel van het totaal. De tweede is de kabel tussen de koppel en het instrument, en er zijn twee keuzes met verschillende betekenissen. Een verlengkabel is gemaakt van dezelfde legeringen als de koppel, dus het paar wordt eenvoudigweg voortgezet naar het instrument. Een compensatiekabel gebruikt verschillende legeringen die zijn gekozen om dezelfde output te geven over een beperkt temperatuurbereik, en het is de goedkopere optie waar de afstand kort en koel is. Hoe dan ook, de kabel is onderdeel van het circuit en zijn eigen legeringen bepalen of de meting de reis overleeft.

Type B draagt één praktisch voordeel dat de andere twee niet hebben, en gepubliceerde typedata vermeldt dit duidelijk: aangezien de output van het paar verwaarloosbaar is over het bereik van 0 °C tot 50 °C, is koude overgangscompensatie normaal gesproken niet vereist. In een fabriek waar de terminals in een gewoon regelkast zitten, verwijdert dat een hele schakel uit de meetketen.

Een platina-rhodiumkoppel faalt niet door smelten. Het faalt mechanisch of door het verliezen van zijn kalibratie, en de twee mechanismen zijn gepubliceerd en gescheiden. Beide werken op het metaal, en de mantel en de vulling eromheen kunnen de ene vertragen en de andere niet raken.

De driftlimiet is degene die gebruikers van omhulde sondes vangt, en het onderscheid is de moeite waard om eenmaal te vermelden. Een mantel beschermt de koppel tegen mechanische schade en tegen contact met verontreinigingen. Het beschermt de draad niet tegen het verlies van rhodium aan zijn eigen oppervlak, omdat de koppel nog steeds de oventemperatuur bereikt, en een omhulde sonde die lange tijd in een hete oxiderende oven heeft gezeten, drijft daarom in dezelfde richting als een kale sonde.

De gepantserde thermometer, ook wel minerale geïsoleerde of MI-thermometer genoemd, is geen koppel samengesteld uit losse onderdelen binnen een beschermbuis. De draden, de isolatie en de mantel zijn als één kabel gebouwd, door matrijzen getrokken totdat het keramische poeder binnenin rond de draden is gecompacteerd en de hele assemblage massief en flexibel is. Die constructie is waar de eigenschappen van het product vandaan komen, en de drie delen dragen elk een beslissing.

Vier dingen volgen uit die constructie, en gepubliceerde gidsen voor de constructie vermelden ze in deze termen. Het gecompacteerde poeder vult de ruimte rond de draden en beschermt ze tegen vocht, gassen en verontreiniging veel beter dan losse keramische isolatoren in een buis, wat een route is waarlangs drift wordt vertraagd. De massieve assemblage weerstaat trillingen, schokken en verplettering veel beter dan een geassembleerde sonde, wat het mechanische antwoord is op de broze tak hierboven beschreven. De kabel kan worden gebogen en rond obstakels worden geleid, wat een stijve keramische buis niet kan, en hij kan in zeer kleine diameters worden getrokken, dus een MI-sonde past waar een conventionele dat niet doet. De responstijd volgt uit de manteldiameter, omdat een dunne mantel weinig thermische massa heeft, en het gecompacteerde poeder geleidt warmte efficiënt naar de overgang.

Het gepubliceerde werkbereik voor de constructie is afhankelijk van de mantel en de isolatie samen. Sonde met magnesiumoxide-isolatie worden gepubliceerd voor gebruik tot 2.400 °F, wat 1.316 °C is, en MI-thermometers worden over het algemeen beschreven als dienend van cryogene temperaturen tot het bereik van 1.000 tot 1.200 °C en hoger waar speciale legeringen en ontwerpen worden gebruikt. Voor een platina-rhodiumkoppel wordt de praktische limiet in lucht bepaald door de drift zoals hierboven beschreven en niet door de kabel, en hetzelfde onderscheid geldt hier als overal elders in dit materiaal.

Vier beperkingen behoren tot hetzelfde document als de voordelen, omdat alle vier beslissingen zijn die een koper moet nemen en geen defecten om te vermijden.

De vierde rij is degene die meestal wordt gemist. Een bewering dat de draden in een gasdichte, isolerende toestand zitten, beschrijft de ontwerpintentie van de constructie en de toestand bij de bedrijfstemperatuur moet worden gecontroleerd aan de hand van het gegevensblad, omdat het keramiek dat perfect isoleert wanneer het koud is, veel beter geleidt wanneer het heet is. Dat is een eigenschap van de isolatie en het geldt voor elke fabrikant van deze sondes.

Een verdere keuze hoort bij de constructie en niet bij de koppel. De meetovergang wordt aan de punt op drie manieren gevormd, en de drie ruilen respons in tegen bescherming en tegen elektrische isolatie.

De poten. Type S is platina met 10 % rhodium tegen zuiver platina, Type R is platina met 13 % rhodium tegen zuiver platina, en Type B is platina met 30 % rhodium tegen platina met 6 % rhodium. Type S en Type R worden gebruikt voor referentie- en kalibratiewerk, en Type B is degene die wordt gekozen waar de ovenatmosfeer gecontamineerd is, omdat met platina-rhodium op beide poten er geen zuivere platina-tak is die een verontreiniging kan aantasten.

Vanwege de twee eigenschappen in de eerste paragraaf van deze pagina, en omdat de normen deze als getallen vermelden. De tolerantie wordt gepubliceerd als een nauwkeurigheidsklasse op de elektromotorische krachtcurve, met ±1,0 °C over het bereik van 0 tot 1.100 °C voor Types S en R, verbredend daarboven, en ±0,5 °C voor Type B over zijn bereik. Een basismetaaltype op dezelfde standaard heeft een bredere band, typisch ±1,5 °C, daarom wordt de ene voor regeling en de andere voor referentie gebruikt.

Het is een koppel gebouwd als een minerale geïsoleerde kabel en niet samengesteld uit losse onderdelen: de twee draden, een gecompacteerde keramische isolatie die meestal magnesiumoxide is, en een naadloze metalen mantel, samen getrokken totdat de assemblage massief is. Mantelmaterialen variëren van roestvrij staal en Inconel tot speciale legeringen en edelmetalen, en de constructie biedt bescherming tegen verontreiniging, weerstand tegen trillingen en schokken, buigbaarheid, kleine diameters en een responstijd bepaald door de manteldiameter.

Het vertraagt één route en kan de andere niet raken. De gecompacteerde isolatie beperkt de instroom van gassen en vocht naar de draden veel beter dan losse isolatoren, wat de verontreiniging vertraagt. Het stopt niet het verlies van rhodium van het oppervlak van de draad, omdat de koppel nog steeds de oventemperatuur bereikt, en boven ongeveer 1.100 °C migreert rhodium als een metaalachtige damp en de vluchtige oxiden voeren metaal weg. De gepubliceerde richtlijnen voor gebruik in oxiderende atmosferen beperken Types R en S tot continu gebruik tot ongeveer 1.300 °C om die reden.

De gepubliceerde richtlijn is een minimale buigradius van ongeveer vijf keer de buitendiameter van de mantel, en het is conservatiever voor dunne mantels en voor herhaaldelijk buigen. Te scherp buigen kan de isolatie doen barsten, de draden vervormen of de mantel beschadigen op een manier die van buitenaf niet zichtbaar is, en herhaaldelijk buigen van hetzelfde gedeelte verhardt de mantel. Buig weg van de overgangspunt en de connectorovergang, en vorm de uiteindelijke vorm voordat de sonde in de installatie gaat.

Normaal gesproken niet, en gepubliceerde typedata geeft de reden: de output van het paar is verwaarloosbaar over het bereik van 0 °C tot 50 °C, dus de terminaltemperatuur hoeft niet te worden gecorrigeerd. Type S en Type R hebben dat voordeel niet, en beide zijn bedraad met een verlengkabel van dezelfde legeringen of een compensatiekabel die is afgestemd op het type over een beperkt temperatuurbereik.

Een platina-rhodiumthermometer is een edelmetaalsensor, en de drie gebruikte types worden gescheiden door het rhodiumgehalte van hun poten: Type S met 10 % rhodium, Type R met 13 %, en Type B met 30 % en 6 % rhodium op zijn twee poten. De nauwkeurigheid wordt gepubliceerd als een klasse op de elektromotorische krachtcurve, met ±1,0 °C over het bereik van 0 tot 1.100 °C voor Types S en R en ±0,5 °C voor Type B over zijn bereik, en de klasse beschrijft de koppel en niet de hele meting, aangezien de koude overgang, de kabel en de zender elk bijdragen aan de afwijking. Type B heeft het praktische voordeel dat zijn output verwaarloosbaar is tussen 0 °C en 50 °C, dus koude overgangscompensatie is normaal gesproken niet vereist.

Twee mechanismen beperken de levensduur van een koppel van deze familie, en dat zijn korrelgroei in de poten en het verlies van rhodium van het oppervlak, dat oxide op de platina-tak afzet en de kalibratie verschuift. De gepantserde vorm beantwoordt de eerste en vertraagt de tweede door verontreinigingen weg te houden van de draad, en het stopt de drift niet, daarom is de gepubliceerde continue limiet voor Types R en S in oxiderende atmosferen ongeveer 1.300 °C, zelfs waar de koppel zelf hoger overleeft. Buigen is beperkt tot een radius van ongeveer vijf keer de manteldoorsnede, het open einde moet worden afgedicht omdat het magnesiumoxide hygroscopisch is, en de isolatieweerstand moet worden afgelezen bij de bedrijfstemperatuur en niet bij kamertemperatuur. De koppels en de gepantserde sondes worden geleverd vanuit Changzhou, Jiangsu in Type S, Type R en Type B, in de manteldoorsnede, lengte en overgangsvorm die de installatie vereist.

1. IEC 60584-1, thermometers, referentietabellen en tolerantieklassen, met ASTM E230 en zijn foutgrenzen, en de ASM Handbook behandeling van thermometer materialen. Bron voor de pootsamenstellingen van de drie edelmetaaltypes, de nauwkeurigheidsklassebanden die worden geciteerd voor Types S, R en B en voor de basismetaaltypes, de equivalentie tussen de klasse en de speciale en standaard foutgrenzen, en het vergelijkende gedrag van Type B in gecontamineerde atmosferen.
2. Gepubliceerde typedata voor de edelmetaalthermometers, inclusief de temperatuurlimieten van Type B en de verklaring dat de output verwaarloosbaar is over het bereik van 0 °C tot 50 °C, zodat koude overgangscompensatie normaal gesproken niet vereist is, samen met de opmerking dat het type normaal gesproken niet onder de 600 °C wordt gebruikt. Bron voor de bereikcijfers en voor de positie van de koude overgang.
3. Bureau International des Poids et Mesures, Gids voor Thermometer Thermometrie, Deel 1. Bron voor de migratie van rhodium als een metaalachtige damp boven 1.100 °C, voor de vorming van vluchtige oxiden van platina en rhodium in aanwezigheid van zuurstof bij hoge temperatuur, en voor de verklaring dat Types R en S continu in oxiderende atmosferen tot ongeveer 1.300 °C kunnen worden gebruikt.
4. Pearce en medewerkers, gepubliceerd werk over de thermo-elektrische drift van platina-rhodiumthermometers boven 1.200 °C en over het massaverlies van platina-rhodiumdraden bij 1.324 °C. Bron voor de twee genoemde faalmodi van een Type R of S koppel, namelijk overmatige korrelgroei in de platina-tak die draadbreuk veroorzaakt en temperatuurdrift veroorzaakt door de afzetting van rhodiumoxide op de platina-tak.
5. Gepubliceerde technische gidsen voor minerale geïsoleerde thermometers, samen met het gepubliceerde technische artikel over magnesiumoxide-geïsoleerde sensoren. Bron voor de constructie van de kabel uit de draden, de gecompacteerde isolatie en de naadloze mantel, voor het gebruik van magnesiumoxide en aluminiumoxide, voor de genoemde mantelmaterialen, voor de bescherming tegen vocht, gassen en verontreiniging, voor het gedrag bij trillingen en schokken, voor de buigbaarheid, de kleine diameters en de responstijd die de manteldoorsnede volgt, voor het werkbereik tot 2.400 °F en het bereik van 1.000 tot 1.200 °C voor MI-thermometers in het algemeen, voor de minimale buigradius van ongeveer vijf keer de buitendiameter van de mantel en de werkverharding veroorzaakt door herhaaldelijk buigen, voor het hygroscopische gedrag van de isolatie aan een niet-afgedicht uiteinde, voor de verklaring dat de isolatieweerstand dramatisch daalt naarmate de sonde de bedrijfstemperatuur bereikt, en voor de gegronde, ongegonde en blootgestelde overgangsopties.
6. Gepubliceerde richtlijnen voor verleng- en compensatiekabels, en productgegevens van DLX Alloy. Bron voor het onderscheid tussen een verlengkabel, die dezelfde legeringen gebruikt als de koppel, en een compensatiekabel, waarvan de legeringen verschillen en zijn afgestemd op de output over een beperkt temperatuurbereik, voor de helder gegloeide toestand waarin deze kwaliteiten worden geleverd, en voor de types, manteldoorsneden, lengtes en overgangsvormen die vanuit Changzhou worden geleverd.

Elk cijfer hierboven is een gepubliceerde waarde of een gepubliceerde eis voor het genoemde materiaal en de constructie, en de nauwkeurigheidsklassen zijn de banden die in de normen zijn gepubliceerd en niet metingen op een geleverde sensor. Tolerantieklassen zijn van toepassing op de koppel, en de meting die bij het instrument wordt geleverd, omvat de koude overgang, de kabel en de zender. De limieten voor buigen, vocht en isolatieweerstand zijn eigenschappen van de constructie, en het cijfer voor de mantel en de bestelde diameter moet worden bevestigd aan het gegevensblad van de fabrikant. Temperatuurlimieten in lucht worden bepaald door drift voor deze familie en niet door het smeltbereik van de legeringen, daarom zijn de gepubliceerde continue cijfers lager dan de overlevingscijfers, en een sonde die voor een oven is gekozen, moet worden gespecificeerd tegen de driftlimiet en niet tegen de maximale temperatuur op het typeblad.