Was ist ein Platin-Rodium-Thermokoppel?

Ein Platin-Rhodium-Thermoelement ist ein Temperatursensor, dessen zwei Schenkel aus Platin-Rhodium-Legierungen bestehen und der aus einem Grund gekauft wird, der ihn von allen Basismetall-Thermoelementen unterscheidet: Er ist das Instrument, an dem andere Instrumente überprüft werden. Die Messung ist genau, die Ausgabe ist über lange Zeiträume bei hohen Temperaturen stabil, und der Preis, der mit diesen beiden Eigenschaften einhergeht, ist ein sehr kleines Signal, eine begrenzte Auswahl an Legierungen und ein Material, das seine Kalibrierung verliert, wenn seine Oberfläche angegriffen wird.

Die folgende Seite behandelt die drei Edelmetalltypen und ihre Schenkel, die Genauigkeit, die die Standards zulassen, was das kleine Signal für das Instrument bedeutet, an das das Thermoelement angeschlossen ist, was tatsächlich die Lebensdauer eines solchen Sensors begrenzt und die gepanzerte Form, in der die meisten davon gekauft werden.

Der Buchstabe legt das Paar Legierungen fest und nichts anderes. Drei Edelmetalltypen sind allgemein gebräuchlich, und der Unterschied zwischen ihnen ist der Rhodiumgehalt der Schenkel, der die Ausgabe, den Bereich und das Verhalten in einem kontaminierten Ofen bestimmt.

Der Typ B Punkt ist es wert, vollständig angegeben zu werden, da er der Grund ist, warum ein Käufer ihn wählt. Mit Platin-Rhodium an beiden Schenkeln gibt es keinen reinen Platin-Ast, den ein Verunreiniger angreifen kann, und keinen reinen Platin-Ast, den ein abgelagertes Oxid verändern kann, und veröffentlichtes Material zur Auswahl von Thermoelementen nennt dies als Grund, warum Typ B kontaminierte Atmosphären besser toleriert als die anderen beiden Edelmetalltypen. Der Handel ist die Ausgabe: Das gleiche Legierungspaar erzeugt bei gleicher Temperatur eine geringere elektromotorische Kraft als Typ S oder Typ R, und aus diesem Grund wird es normalerweise nicht unter 600 °C verwendet.

Die Toleranz eines Edelmetall-Thermoelements wird als Genauigkeitsklasse veröffentlicht, und die Klasse ist ein Band auf der Kurve der elektromotorischen Kraft und keine andere Legierung. Ein Zertifikat, das eine Klasse nennt, gibt die Abweichung an, innerhalb derer die Charge akzeptiert wird, und eine engere Klasse ist ein schmaleres Akzeptanzband auf derselben Kurve.

Zwei Qualifikationen gehören zu der Tabelle. Die ASTM-Äquivalente dieser Klassen sind die Sonder- und Standardfehlergrenzen, sodass ein Zertifikat eines der beiden Systeme nennen kann, und die beiden sind keine identischen Zahlen. Und die Klasse beschreibt das Thermoelement, nicht die Messung: der Kaltpunkt, das Verlängerungskabel und der Transmitter erhöhen jeweils die Abweichung, sodass die am Regelsystem gelieferte Genauigkeit geringer ist als die Klasse auf dem Drahtzertifikat.

Ein Edelmetall-Thermoelement erzeugt nur einen Bruchteil der Leistung eines Basismetall-Thermoelements, und alles, wie es verdrahtet ist, folgt daraus. Zwei Konsequenzen sind es wert, vor der Bestellung des Sensors auf Papier zu haben.

Das erste ist der Kaltpunkt. Ein Thermoelement misst eine Differenz, daher muss die Temperatur an den Klemmen bekannt und kompensiert sein, und bei einem kleinen Signal ist der Kompensationsfehler ein größerer Anteil des Ganzen. Das zweite ist das Kabel zwischen dem Thermoelement und dem Instrument, und es gibt zwei Optionen mit unterschiedlichen Bedeutungen. Ein Verlängerungskabel besteht aus denselben Legierungen wie das Thermoelement, sodass das Paar einfach zum Instrument fortgesetzt wird. Ein Kompensationskabel verwendet unterschiedliche Legierungen, die so gewählt sind, dass sie über einen begrenzten Temperaturbereich die gleiche Ausgabe liefern, und es ist die günstigere Option, wenn die Leitung kurz und kühl ist. In jedem Fall ist das Kabel Teil des Stromkreises und seine eigenen Legierungen entscheiden, ob die Anzeige die Reise übersteht.

Typ B hat einen praktischen Vorteil, den die anderen beiden nicht haben, und veröffentlichte Typdaten besagen dies deutlich: Da die Ausgabe des Paares im Bereich von 0 °C bis 50 °C vernachlässigbar ist, ist eine Kaltpunktkompensation normalerweise nicht erforderlich. In einer Anlage, in der die Klemmen in einem normalen Schaltschrank sitzen, entfällt dadurch eine ganze Verbindung in der Messkette.

Ein Platin-Rhodium-Thermoelement fällt nicht durch Schmelzen aus. Es fällt entweder mechanisch aus oder verliert seine Kalibrierung, und die beiden Mechanismen sind veröffentlicht und getrennt. Beide wirken auf das Metall, und die Hülle und die Verpackung darum können eines davon verlangsamen und das andere nicht berühren.

Die Driftgrenze ist diejenige, die Benutzer von ummantelten Sonden erwischt, und die Unterscheidung ist es wert, einmal angegeben zu werden. Eine Hülle schützt das Thermoelement vor mechanischer Beschädigung und vor Kontakt mit Verunreinigungen. Sie schützt den Draht nicht vor dem Verlust von Rhodium an seiner eigenen Oberfläche, da das Thermoelement immer noch die Ofentemperatur erreicht, und eine ummantelte Sonde, die lange Zeit in einem heißen, oxidierenden Ofen war, driftet daher in die gleiche Richtung wie eine blanke.

Das gepanzerte Thermoelement, auch mineralisoliertes oder MI-Thermoelement genannt, ist kein Thermoelement, das aus losen Teilen in einem Schutzrohr zusammengesetzt ist. Die Drähte, die Isolierung und die Hülle sind als ein Kabel aufgebaut, das durch Matrizen gezogen wird, bis das Keramikpulver im Inneren um die Drähte verdichtet ist und die gesamte Baugruppe fest und flexibel ist. Diese Konstruktion ist die Quelle der Eigenschaften des Produkts, und die drei Teile tragen jeweils eine Entscheidung.

Vier Dinge ergeben sich aus dieser Konstruktion, und veröffentlichte Anleitungen zur Konstruktion geben sie in diesen Begriffen an. Das verdichtete Pulver füllt den Raum um die Drähte und schirmt sie weitaus besser vor Feuchtigkeit, Gasen und Verunreinigungen ab als lose Keramikisolatoren in einem Rohr, was ein Weg ist, auf dem die Drift verlangsamt wird. Die feste Baugruppe widersteht Vibrationen, Stößen und Quetschungen weitaus besser als eine montierte Sonde, was die mechanische Antwort auf den oben beschriebenen spröden Schenkel ist. Das Kabel kann gebogen und um Hindernisse herumgeführt werden, was ein starres Keramikrohr nicht kann, und es kann in sehr kleinen Durchmessern gezogen werden, sodass eine MI-Sonde dort passt, wo eine herkömmliche nicht passt. Die Reaktionszeit folgt dem Hülldurchmesser, da eine dünne Hülle wenig thermische Masse hat und das verdichtete Pulver die Wärme effizient zum Anschluss leitet.

Der veröffentlichte Arbeitsbereich für die Konstruktion hängt von der Hülle und der Isolierung zusammen ab. Sonden mit Magnesiumoxid-Isolierung sind für den Einsatz bis zu 2.400 °F (1.316 °C) veröffentlicht, und MI-Thermoelemente im Allgemeinen werden als von kryogenen Temperaturen bis in den Bereich von 1.000 bis 1.200 °C und höher beschrieben, wo spezielle Legierungen und Designs verwendet werden. Für ein Platin-Rhodium-Thermoelement wird die praktische Obergrenze an Luft durch die beschriebene Drift und nicht durch das Kabel bestimmt, und dieselbe Unterscheidung gilt hier wie überall sonst in diesem Material.

Vier Einschränkungen gehören in dasselbe Dokument wie die Vorteile, da alle vier Entscheidungen sind, die ein Käufer treffen muss, und keine Mängel, die vermieden werden müssen.

Die vierte Zeile ist diejenige, die normalerweise übersehen wird. Die Behauptung, dass die Drähte in einem gasdichten, isolierenden Zustand sitzen, beschreibt die Designabsicht der Konstruktion, und der Zustand bei der Arbeitstemperatur muss anhand des Datenblatts überprüft werden, da das Keramikmaterial, das kalt perfekt isoliert, heiß viel besser leitet. Dies ist eine Eigenschaft der Isolierung und gilt für jeden Hersteller dieser Sonden.

Eine weitere Wahl gehört zur Konstruktion und nicht zum Thermoelement. Der Messpunkt wird an der Spitze auf drei Arten gebildet, und die drei tauschen Reaktionszeit gegen Schutz und gegen elektrische Isolierung.

Die Schenkel. Typ S ist Platin mit 10 % Rhodium gegen reines Platin, Typ R ist Platin mit 13 % Rhodium gegen reines Platin, und Typ B ist Platin mit 30 % Rhodium gegen Platin mit 6 % Rhodium. Typ S und Typ R werden für Referenz- und Kalibrierungsarbeiten verwendet, und Typ B ist die Wahl, wenn die Ofenatmosphäre kontaminiert ist, da mit Platin-Rhodium an beiden Schenkeln kein reiner Platin-Ast vorhanden ist, den ein Verunreiniger angreifen kann.

Aufgrund der beiden Eigenschaften im ersten Absatz dieser Seite und weil die Standards sie als Zahlen angeben. Die Toleranz wird als Genauigkeitsklasse auf der Kurve der elektromotorischen Kraft veröffentlicht, mit ±1,0 °C über den Bereich von 0 bis 1.100 °C für die Typen S und R, der sich darüber hinaus erweitert, und ±0,5 °C für Typ B über seinen Bereich. Ein Basismetalltyp nach demselben Standard hat ein breiteres Band, typischerweise ±1,5 °C, weshalb einer für die Regelung und der andere für die Referenz verwendet wird.

Es ist ein Thermoelement, das als mineralisoliertes Kabel aufgebaut ist und nicht aus losen Teilen zusammengesetzt ist: die beiden Drähte, eine verdichtete Keramikisolierung, die meist Magnesiumoxid ist, und eine nahtlose Metallhülle, die zusammen gezogen werden, bis die Baugruppe fest ist. Die Hüllmaterialien reichen von Edelstahl und Inconel bis hin zu Speziallegierungen und Edelmetallen, und die Konstruktion bietet Schutz vor Kontamination, Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen und Stöße, Biegbarkeit, kleine Durchmesser und eine Reaktionszeit, die durch den Hülldurchmesser bestimmt wird.

Sie verlangsamt einen Weg und kann den anderen nicht berühren. Die verdichtete Isolierung begrenzt das Eindringen von Gasen und Feuchtigkeit in die Drähte weitaus besser als lose Isolatoren, was die Kontamination verlangsamt. Sie stoppt nicht den Verlust von Rhodium von der Oberfläche des Drahtes, da das Thermoelement immer noch die Ofentemperatur erreicht, und oberhalb von etwa 1.100 °C wandert Rhodium als Metalldampf und die flüchtigen Oxide tragen Metall weg. Die veröffentlichte Anleitung für den Einsatz in oxidierenden Atmosphären beschränkt die Typen R und S aus diesem Grund auf einen Dauerbetrieb bis etwa 1.300 °C.

Die veröffentlichte Richtlinie ist ein minimaler Biegeradius von etwa dem Fünffachen des Außendurchmessers der Hülle, und er ist konservativer für dünne Hüllen und für wiederholtes Biegen. Zu scharfes Biegen kann die Isolierung knacken, die Drähte verzerren oder die Hülle auf eine Weise beschädigen, die von außen nicht sichtbar ist, und wiederholtes Biegen desselben Abschnitts härtet die Hülle durch Arbeit aus. Biegen Sie weg von der Anschlussspitze und dem Steckverbinderübergang, und formen Sie die endgültige Form, bevor die Sonde in die Installation eingebracht wird.

Normalerweise nicht, und veröffentlichte Typdaten geben den Grund an: Die Ausgabe des Paares ist im Bereich von 0 °C bis 50 °C vernachlässigbar, sodass die Klemmtemperatur nicht korrigiert werden muss. Typ S und Typ R haben diesen Vorteil nicht, und beide werden entweder mit einem Verlängerungskabel aus denselben Legierungen oder einem Kompensationskabel, das auf den Typ abgestimmt ist, über einen begrenzten Temperaturbereich verdrahtet.

Ein Platin-Rhodium-Thermoelement ist ein Edelmetallsensor, und die drei im Einsatz befindlichen Typen unterscheiden sich durch den Rhodiumgehalt ihrer Schenkel: Typ S bei 10 % Rhodium, Typ R bei 13 % und Typ B mit 30 % und 6 % Rhodium an seinen beiden Schenkeln. Die Genauigkeit wird als Klasse auf der Kurve der elektromotorischen Kraft veröffentlicht, mit ±1,0 °C über den Bereich von 0 bis 1.100 °C für Typen S und R und ±0,5 °C für Typ B über seinen Bereich, und die Klasse beschreibt das Thermoelement und nicht die gesamte Messung, da der Kaltpunkt, das Kabel und der Transmitter jeweils zur Abweichung beitragen. Typ B hat den praktischen Vorteil, dass seine Ausgabe zwischen 0 °C und 50 °C vernachlässigbar ist, sodass eine Kaltpunktkompensation normalerweise nicht erforderlich ist.

Zwei Mechanismen begrenzen die Lebensdauer eines Thermoelements dieser Familie, und das sind Kornwachstum in den Schenkeln und der Verlust von Rhodium von der Oberfläche, das Oxid auf dem Platinschenkel ablagert und die Kalibrierung verschiebt. Die gepanzerte Form löst das erste Problem und verlangsamt das zweite, indem sie Verunreinigungen vom Draht fernhält, und sie stoppt nicht die Drift, weshalb die veröffentlichte Dauerbetriebsgrenze für Typen R und S in oxidierenden Atmosphären etwa 1.300 °C beträgt, selbst wenn das Thermoelement selbst höhere Temperaturen übersteht. Das Biegen ist auf einen Radius von etwa dem Fünffachen des Hülldurchmessers begrenzt, das offene Ende muss abgedichtet werden, da das Magnesiumoxid hygroskopisch ist, und der Isolationswiderstand muss bei der Arbeitstemperatur und nicht bei Raumtemperatur abgelesen werden. Die Thermoelemente und die gepanzerten Sonden werden aus Changzhou, Jiangsu, in den Typen S, R und B geliefert, in dem Hülldurchmesser, der Länge und der Anschlussform, die die Installation erfordert.

1. IEC 60584-1, Thermoelemente, Referenztabellen und Toleranzklassen, mit ASTM E230 und seinen Fehlergrenzen, und die Behandlung von Thermoelementmaterialien im ASM-Handbuch. Quelle für die Schenkelzusammensetzungen der drei Edelmetalltypen, die zitierten Genauigkeitsklassenbänder für die Typen S, R und B sowie für die Basismetalltypen, die Gleichwertigkeit zwischen der Klasse und den Sonder- und Standardfehlergrenzen sowie das Vergleichsverhalten von Typ B in kontaminierten Atmosphären.
2. Veröffentlichte Typdaten für die Edelmetall-Thermoelemente, einschließlich der Temperaturgrenzen von Typ B und der Aussage, dass seine Ausgabe im Bereich von 0 °C bis 50 °C vernachlässigbar ist, sodass eine Kaltpunktkompensation normalerweise nicht erforderlich ist, zusammen mit dem Hinweis, dass der Typ normalerweise nicht unter 600 °C verwendet wird. Quelle für die Bereichsangaben und für die Position des Kaltpunkts.
3. Bureau International des Poids et Mesures, Guide to Thermocouple Thermometry, Part 1. Quelle für die Wanderung von Rhodium als Metalldampf oberhalb von 1.100 °C, für die Bildung von flüchtigen Oxiden von Platin und Rhodium in Gegenwart von Sauerstoff bei hoher Temperatur und für die Aussage, dass Typen R und S in oxidierenden Atmosphären bis etwa 1.300 °C kontinuierlich verwendet werden können.
4. Pearce und Mitarbeiter, veröffentlichte Arbeiten zur thermoelektrischen Drift von Platin-Rhodium-Thermoelementen oberhalb von 1.200 °C und zum Massenverlust von Platin-Rhodium-Drähten bei 1.324 °C. Quelle für die beiden genannten Ausfallmodi eines Thermoelements vom Typ R oder S, nämlich übermäßiges Kornwachstum im Platinschenkel, das zu Drahtbruch führt, und Temperaturdrift, die durch die Ablagerung von Rhodiumoxid auf dem Platinschenkel verursacht wird.
5. Veröffentlichte technische Anleitungen für mineralisolierte Thermoelemente, zusammen mit dem veröffentlichten technischen Papier über Magnesiumoxid-isolierte Sensoren. Quelle für die Konstruktion des Kabels aus den Drähten, der verdichteten Isolierung und der nahtlosen Hülle, für die Verwendung von Magnesiumoxid und Aluminiumoxid, für die genannten Hüllmaterialien, für den Schutz vor Feuchtigkeit, Gasen und Verunreinigungen, für das Verhalten bei Vibrationen und Stößen, für die Biegbarkeit, die kleinen Durchmesser und die Reaktionszeit, die dem Hülldurchmesser folgt, für den Arbeitsbereich bis 2.400 °F und den Bereich von 1.000 bis 1.200 °C für MI-Thermoelemente im Allgemeinen, für den minimalen Biegeradius von etwa dem Fünffachen des Außendurchmessers der Hülle und die durch wiederholtes Biegen verursachte Aushärtung, für das hygroskopische Verhalten der Isolierung an einem unversiegelten Ende, für die Aussage, dass ihr Isolationswiderstand dramatisch abnimmt, wenn die Sonde die Betriebstemperatur erreicht, und für die geerdeten, ungeerdeten und exponierten Anschlussoptionen.
6. Veröffentlichte Anleitungen für Verlängerungs- und Kompensationskabel sowie Produktdaten von DLX Alloy. Quelle für die Unterscheidung zwischen einem Verlängerungskabel, das dieselben Legierungen wie das Thermoelement verwendet, und einem Kompensationskabel, dessen Legierungen unterschiedlich sind und auf die Ausgabe über einen begrenzten Temperaturbereich abgestimmt sind, für den blank geglühten Zustand, in dem diese Qualitäten geliefert werden, und für die Typen, Hülldurchmesser, Längen und Anschlussformen, die aus Changzhou geliefert werden.

Jede der obigen Angaben ist ein veröffentlichter Wert oder eine veröffentlichte Anforderung für das genannte Material und die genannte Konstruktion, und die Genauigkeitsklassen sind die in den Standards veröffentlichten Bänder und nicht Messungen an einem gelieferten Sensor. Toleranzklassen gelten für das Thermoelement, und die am Instrument gelieferte Messung umfasst den Kaltpunkt, das Kabel und den Transmitter. Die Grenzen für Biegen, Feuchtigkeit und Isolationswiderstand sind Eigenschaften der Konstruktion, und die Angabe für die Hülle und den bestellten Durchmesser sollte anhand des Herstellerdatenblatts bestätigt werden. Die Temperaturgrenzen an Luft werden bei dieser Familie durch Drift bestimmt und nicht durch den Schmelzbereich der Legierungen, weshalb die veröffentlichten Dauerbetriebswerte niedriger sind als die Überlebenswerte, und eine für den Ofenbetrieb ausgewählte Sonde sollte anhand der Driftgrenze und nicht anhand der maximalen Temperatur auf dem Typenblatt spezifiziert werden.