Los termopares de platino-rodio son los elementos de medición de temperatura de metales preciosos más utilizados en el campo de las altas temperaturas. Están compuestos principalmente por tres tipos estándar: tipo S, tipo R y tipo B. Todos funcionan basándose en el efecto termoeléctrico, determinando la temperatura mediante la medición de la fuerza termoelectromotriz. Aunque su apariencia es similar, existen diferencias significativas en su composición de aleación, rango de medición de temperatura, características de precisión y escenarios de uso. Una selección correcta afecta directamente la precisión de la medición, la vida útil y el control de costos.

Composición básica de los tres tipos

En los tres tipos de termopares, tanto el electrodo positivo como el negativo están hechos de aleación de platino-rodio; la diferencia radica en la proporción de contenido de rodio.

• Tipo S (platino-rodio 10 – platino): El electrodo positivo es una aleación de platino con un 10 % de rodio, el electrodo negativo es platino puro. Comúnmente llamado termopar simple de platino-rodio.

• Tipo R (platino-rodio 13 – platino): El electrodo positivo es una aleación de platino con un 13 % de rodio, el electrodo negativo es platino puro. También pertenece a los termopares simples de platino-rodio.

• Tipo B (platino-rodio 30 – platino-rodio 6): El electrodo positivo es una aleación de platino con un 30 % de rodio, el electrodo negativo es una aleación de platino con un 6 % de rodio. Dado que ambos electrodos son de aleación de platino-rodio, se denomina comúnmente termopar doble de platino-rodio.

Rango de medición y resistencia a la temperatura

La diferencia principal entre los tres tipos se refleja en la temperatura máxima de uso. Los tipos S y R son bastante similares: la temperatura de uso continuo puede alcanzar los 1300 °C, y la temperatura máxima de uso a corto plazo puede llegar a 1600 °C. La diferencia entre ambos es que la tasa de fuerza termoelectromotriz del tipo R es aproximadamente un 15 % mayor que la del tipo S, proporcionando una señal de salida ligeramente más fuerte. El tipo B tiene la mayor resistencia a la temperatura: temperatura de uso continuo hasta 1600 °C, y máxima a corto plazo hasta 1800 °C, siendo adecuado para aplicaciones de temperaturas extremadamente altas.

Stanford Advanced Materials (SAM) comercializa hilos para termopares de platino-rodio (Pt-Rh) de los tipos R, S y B, disponibles en varios diámetros.

En la selección práctica, si la necesidad de medición está entre 1000 °C y 1300 °C, tanto el tipo S como el tipo R pueden cumplir con los requisitos. Si la temperatura de trabajo alcanza el rango de alta temperatura de 1200 °C a 1600 °C, entonces es necesario elegir un termopar tipo B.

Comparación de precisión y estabilidad

Entre los tres tipos, el termopar tipo S es reconocido como el termopar estandarizado con mayor precisión y mejor estabilidad, y durante mucho tiempo sirvió como instrumento de interpolación para la Escala Internacional de Temperatura. El tipo R tiene un rendimiento comparable al tipo S, con una estabilidad y reproducibilidad ligeramente superiores. El tipo B también posee alta precisión y buena estabilidad, siendo adecuado para mediciones a temperaturas extremadamente altas por encima de 1600 °C.

Las ventajas comunes de los tres son su alta resistencia a la oxidación, características termoeléctricas estables y larga vida útil. Las desventajas son su baja fuerza termoelectromotriz específica, baja sensibilidad y alto costo.

Ventaja única del tipo B: No necesita cables de compensación

El termopar tipo B tiene una característica muy práctica: en el rango de temperatura de 0 a 50 °C, su fuerza termoelectromotriz es inferior a 3 μV, por lo que su impacto en la precisión de la medición es despreciable. Por lo tanto, el tipo B generalmente no requiere cables de compensación; se pueden usar cables comunes de cobre para conectarlo directamente al instrumento de medición. Esta característica es especialmente útil en entornos industriales con cableado a gran escala y largas distancias, ya que simplifica la instalación y reduce costos. Los tipos S y R, en cambio, requieren cables de compensación especiales, cuyo error es relativamente mayor.

Adaptabilidad ambiental

Los tres tipos son adecuados para atmósferas oxidantes e inertes, y también se pueden usar brevemente en vacío. En condiciones de vacío, el tipo B ofrece la mejor estabilidad.

Restricciones comunes: No son adecuados para atmósferas reductoras ni para entornos que contengan vapores de metales o no metales (como hidrógeno, monóxido de carbono, vapores metálicos, etc.). Dichos entornos corroen rápidamente los electrodos de platino-rodio, provocando inexactitudes en la medición o la destrucción del termopar. En estos casos, es obligatorio utilizar un tubo de protección no metálico para aislarlo.

Guía de selección

Con base en el análisis anterior, la selección se puede realizar siguiendo esta lógica:

• Elegir el tipo S cuando: la temperatura sea inferior a 1300 °C, se requiera una alta precisión de medición y el presupuesto sea relativamente limitado. El tipo S es el más ampliamente utilizado y ofrece la mejor relación calidad-precio relativa de los tres.

• Elegir el tipo R cuando: el rango de temperatura sea el mismo que el del tipo S, pero se necesite una fuerza termoelectromotriz ligeramente superior. Nota: El tipo R es mucho menos común que el tipo S en China; la disponibilidad de instrumentos y repuestos compatibles puede ser menos conveniente.

• Elegir el tipo B cuando: se necesite medir temperaturas extremadamente altas alrededor de 1600 °C; o se desee simplificar el cableado eliminando los cables de compensación; o el entorno de trabajo esté al vacío. El tipo B es la primera opción para mediciones a temperaturas extremadamente altas.

Precauciones de uso

Independientemente del tipo elegido, se deben tener en cuenta los siguientes puntos:

1. El diámetro de los hilos del termopar afecta su resistencia mecánica y su capacidad para resistir la contaminación. Cuando se opere cerca de la temperatura máxima de uso, se recomienda elegir un diámetro de hilo mayor.

2. Los termopares de platino-rodio son muy sensibles a la contaminación. Se debe evitar absolutamente su uso directo en atmósferas contaminantes que contengan azufre, silicio, carbono, etc.

3. Después de un uso prolongado, las características termoeléctricas pueden experimentar desviaciones. Se recomienda calibrar al menos una vez al año para garantizar la precisión de la medición.