B tipi termokupl, pozitif termoelemanı platin-%30 rodyum (Pt-30%Rh), negatif termoelemanı ise platin-%6 rodyum (Pt-6%Rh) olan değerli metal bir termokupl türüdür. Özellikle yüksek ve çok yüksek sıcaklık ölçümlerinde kullanılan B tipi; S tipi ve R tipi termokupllarla birlikte platin-rodyum esaslı noble-metal — değerli metal termokupl ailesinde yer alır.

En basit haliyle: B tipi termokupl özellikle yüksek sıcaklık fırınlarında kullanılan bir termokupl çeşididir. S ve R tipinden önemli farkı, yalnız pozitif telin değil her iki termoelemanın da platin-rodyum alaşımı olmasıdır.

B tipinin en dikkat çekici özelliklerinden biri de düşük sıcaklıklarda çok küçük EMK üretirken yüksek sıcaklık bölgesinde kararlı ve kullanışlı bir sensör haline gelmesidir. Bu nedenle B tipi için yalnız “0–1820 °C ölçer” demek teknik olarak çok eksik bir anlatımdır.

B tipi termokupl hangi malzemelerden oluşur?

B tipi termokuplun nominal termoeleman çifti:

Pozitif (+): Platin-%30 Rodyum — Pt-30%Rh
Negatif (-): Platin-%6 Rodyum — Pt-6%Rh

Bu nedenle B tipi baz metal K tipi, N tipi veya E tipi termokupllardan malzeme olarak tamamen farklıdır.

Aynı zamanda R ve S tiplerinden de ayrılır:

R tipi: Pt-13%Rh / Pt
S tipi: Pt-10%Rh / Pt
B tipi: Pt-30%Rh / Pt-6%Rh

B tipinde negatif termoelemanın da rodyum içermesi yüksek sıcaklık davranışını önemli ölçüde değiştirir.

B tipi termokuplun referans sıcaklık aralığı nedir?

NIST ITS-90 referans verilerine göre B tipi termokuplun sıcaklık–EMK referans fonksiyonu yaklaşık 0 °C ile +1820 °C arasında tanımlanmıştır.

Fakat burada yine kritik ayrımı yapmak gerekir:

0…1820 °C referans fonksiyonu, herhangi bir fiziksel B tipi probun bu aralıkta sürekli kullanılabileceği anlamına gelmez.

Gerçek sensörün kullanılabilir sıcaklığı:

termoeleman çapına · platin-rodyum saflığına · seramik izolasyona · koruyucu tüpe · proses atmosferine · kontaminasyona · çalışma süresine

bağlıdır.

Referans fonksiyonu ile gerçek prob sıcaklık sınırının neden aynı olmadığı IEC 60584-1 Termokupl EMK Referans Fonksiyonları ve Toleransları bölümünde ayrıntılı olarak ele alınmaktadır.

B tipi gerçekte hangi sıcaklıklarda kullanılır?

B tipi referans fonksiyonu 0 °C'den başlasa da sensörün asıl kullanım avantajı yüksek sıcaklık bölgesindedir.

NIST kaynaklarında B tipi platin-rodyum termokuplların pratikte çoğunlukla yaklaşık 800–1700 °C bölgesindeki yüksek sıcaklık ölçümlerinde kullanıldığı belirtilmektedir.

Bunun nedeni 0 °C altında çalışamaması değil; düşük sıcaklıklarda termoelektrik duyarlılığının çok küçük olmasıdır.

Dolayısıyla 100 °C, 200 °C veya 300 °C gibi sıradan proses sıcaklıklarında B tipi kullanmak teknik olarak mümkün olsa bile çoğu uygulamada mantıklı değildir. Bu bölgelerde Pt100, J, K, T, E veya N gibi sensörler daha uygun olabilir.

B tipi neden düşük sıcaklıkta zayıf sinyal üretir?

Pt-30%Rh ve Pt-6%Rh termoelemanlarının düşük sıcaklıklardaki Seebeck katsayıları birbirine oldukça yakındır.

İki termoelemanın termoelektrik davranışları birbirine yaklaştıkça aralarındaki fark ve dolayısıyla üretilen termokupl EMK'si küçülür.

Bu davranışın fiziksel temeli Seebeck etkisi ile ilgilidir.

NIST verilerine göre B tipinin termoelektrik duyarlılığı oda sıcaklığına yaklaştıkça neredeyse sıfıra iner. Bu nedenle düşük sıcaklıklarda elektriksel gürültü, ölçülen gerçek sinyalin daha büyük bir yüzdesini oluşturabilir.

B tipi EMK neden yaklaşık 42 °C'de tekrar sıfıra yaklaşır?

B tipi termokuplun sıra dışı özelliklerinden biri düşük sıcaklık bölgesindeki EMK eğrisidir.

0 °C referans birleşimiyle B tipi EMK:

0 °C'de 0 µV değerinden başlar, yaklaşık 21 °C civarında çok küçük negatif bir değere iner ve yaklaşık 42 °C civarında yeniden sıfır seviyesinden geçer.

Bu nedenle düşük sıcaklık bölgesinde EMK–sıcaklık davranışı sıradan bir “sıcaklık arttıkça voltaj sürekli artar” eğrisi gibi düşünülmemelidir.

Zaten B tipi esas olarak yüksek sıcaklık sensörü olduğu için bu bölge endüstriyel kullanımının ana hedefi değildir.

B tipi termokupl nasıl çalışır?

B tipi de diğer termokupl çeşitleri gibi iki farklı termoelemanın sıcaklık dağılımına verdiği farklı termoelektrik tepki sayesinde EMK oluşturur.

Pt-30%Rh ve Pt-6%Rh iletkenlerinin Seebeck katsayıları arasındaki fark sıcaklığa bağlı olarak değişir ve bu nedenle B tipi sıcaklık–EMK ilişkisi doğrusal değildir.

Bir ölçüm cihazının B tipini doğru okuyabilmesi için gerçek B tipi referans fonksiyonunu kullanması gerekir.

B tipi sıcaklık–EMK referans fonksiyonu

Sıcaklıktan EMK'ye dönüşüm genel olarak:

E = f(t₉₀)

şeklinde ifade edilir.

Ölçüm cihazı ise ters işlemi gerçekleştirir:

t₉₀ = g(E)

IEC 60584-1'de B tipi de diğer standart harf tipi termokupllarla birlikte ITS-90 sıcaklık ölçeğine bağlı referans polinomlarıyla tanımlanır.

Referans tablolarının polinomlarla ilişkisi için Termokupl Referans Tabloları, Polinomlar ve ITS-90 sayfası incelenebilir.

B tipi neden yüksek sıcaklıkta R ve S tipinden farklıdır?

R ve S tiplerinin negatif termoelemanı saf platindir. B tipinin negatif termoelemanı ise Pt-6%Rh alaşımıdır.

Bu yapı B tipine yüksek sıcaklık bölgesinde bazı önemli avantajlar sağlayabilir:

daha yüksek kullanılabilir sıcaklık bölgesi
yüksek sıcaklıkta daha yüksek mekanik dayanım
belirli şartlarda geliştirilmiş yüksek sıcaklık kararlılığı

NIST'in platin-rodyum termokupl çalışmalarında Pt-30%Rh / Pt-6%Rh sisteminin yüksek sıcaklıkta R ve S tipine göre daha yüksek çalışma sıcaklığına ve mekanik dayanım avantajına sahip olabildiği belirtilmektedir.

B tipi ile S tipi arasındaki fark nedir?

S tipi: Pt-10%Rh / Pt
B tipi: Pt-30%Rh / Pt-6%Rh

S tipinde negatif tel saf platinken B tipinde iki tel de platin-rodyum alaşımıdır.

S tipi düşük ve orta yüksek sıcaklık bölgelerinde B tipine göre daha yüksek termoelektrik duyarlılık sağlar; B tipi ise çok yüksek sıcaklıklarda avantajlıdır.

Bu nedenle B tipi “daha iyi S tipi” değildir. İki sensör farklı sıcaklık bölgelerine ve uygulama koşullarına yöneliktir.

B tipi ile R tipi arasındaki fark nedir?

R tipi: Pt-13%Rh / Pt
B tipi: Pt-30%Rh / Pt-6%Rh

R tipi de S tipi gibi saf platin negatif termoeleman kullanır.

B tipi daha yüksek sıcaklık bölgesine uzanırken R tipi daha düşük sıcaklıklarda daha büyük termoelektrik sinyal üretir.

Ölçüm cihazında R ile B kesinlikle aynı giriş ayarıyla kullanılmamalıdır.

B tipi ile C tipi arasındaki fark nedir?

C tipi W-5%Re / W-26%Re tungsten-renyum termokupldur ve B tipinden çok daha yüksek sıcaklık bölgelerine ulaşabilir.

Ancak C tipi yüksek sıcaklıkta oksitleyici atmosferlere uygun değildir.

B tipi ise temiz oksitleyici veya inert atmosferlerde kullanılabilir. Bu nedenle 1600–1700 °C civarında atmosfer şartlarına göre B tipi, teorik olarak daha yüksek sıcaklığa çıkabilen C tipinden daha doğru uygulama seçimi olabilir.

B tipi hangi atmosferlerde kullanılabilir?

B tipi termokupllar özellikle temiz oksitleyici veya inert atmosferlerde yüksek sıcaklık ölçümü için uygundur.

NIST verileri Pt-30%Rh / Pt-6%Rh termokuplun temiz oksitleyici atmosferde güvenilir çalıştığını, nötr atmosferlerde ve uygun vakum uygulamalarında da kullanılabildiğini göstermektedir.

Buna karşılık:

kuvvetli indirgen atmosferler
metal buharları
silisyum veya başka reaktif kirleticiler
platin grubu metallerle reaksiyona girebilecek proses gazları

termokuplun kalibrasyonunu ve ömrünü ciddi şekilde etkileyebilir.

B tipi neden yüksek saflıkta seramik içinde kullanılır?

B tipi termokupllarda platin-rodyum termoelemanların yabancı metaller ve kirleticilerle temas etmemesi önemlidir.

Bu nedenle yüksek sıcaklık uygulamalarında yüksek saflıkta alümina seramik izolasyon ve koruma sistemleri yaygın olarak tercih edilir.

NIST çalışmalarında düşük demir içeriğine sahip yüksek saflıkta alüminanın B tipi termokuplların yüksek sıcaklık izolasyonu ve korunması için uygun malzemelerden biri olduğu belirtilmektedir.

Seramik yalnız elektriksel izolasyon sağlamaz; aynı zamanda termoelemanları kontaminasyondan koruyan sistemin önemli bir parçasıdır.

B tipi neden doğrudan metal koruyucu tüpe temas etmemelidir?

Çok yüksek sıcaklıklarda bazı metaller veya metal buharları platin-rodyum termoelemanlara geçebilir ve alaşım bileşimini değiştirebilir.

Bu nedenle yüksek sıcaklık B tipi uygulamalarında termoelemanların metal koruyucu tüple doğrudan temasından kaçınılır ve uygun metal olmayan seramik koruma kullanılır.

Koruyucu sistemin proses atmosferine ve maksimum sıcaklığa uygun seçilmesi sensör ömrü açısından kritik önemdedir.

B tipi termokupl kirlenirse ne olur?

Bir termokuplun doğru ölçebilmesi yalnız tellerin kopmamış olmasına bağlı değildir.

Platin-rodyum alaşım içine yabancı elementlerin difüze olması tel boyunca yerel Seebeck katsayısını değiştirebilir.

Sensör multimetreyle ölçüldüğünde elektriksel olarak sağlam görünmesine rağmen gerçek sıcaklık–EMK karakteristiği değişmiş olabilir.

Kopuk olmaması, doğru ölçtüğü anlamına gelmez.

Rodyum oksidasyonu B tipi ölçümü etkiler mi?

Evet. Platin-rodyum termokupllarda rodyumun tercihli oksidasyonu termoelektrik davranışı değiştirebilir.

Rodyumun belirli sıcaklık bölgelerinde oksit oluşturması alaşımın yerel rodyum içeriğini değiştirebilir. Bunun sonucunda tel boyunca termoelektrik inhomojenlik ve kalibrasyon drift'i gelişebilir.

Bu nedenle yüksek saflıkta malzeme, doğru atmosfer ve uygun seramik izolasyon B tipi ölçüm zincirinin temel parçalarıdır.

B tipi zamanla drift yapar mı?

Evet. Değerli metal olması sensörün sınırsız kararlı olduğu anlamına gelmez.

Uzun süre yüksek sıcaklığa maruz kalan B tipi termokuplda:

kontaminasyon
rodyum dağılımının değişmesi
termoeleman homojenliğinin bozulması
mekanik gerilmeler
yüksek sıcaklık yaşlanması

EMK drift'ine neden olabilir.

Kritik fırın ve laboratuvar uygulamalarında periyodik karşılaştırma veya kalibrasyon bu nedenle önem kazanır.

B tipi için soğuk uç kompanzasyonu gerekir mi?

Bu konuda B tipi diğer termokupllardan biraz farklı ve ilginçtir.

Temel termokupl fiziği açısından B tipinin de referans birleşimi vardır ve IEC/NIST referans fonksiyonları 0 °C referans birleşimine göre tanımlanır.

Dolayısıyla hassas bir sistemde soğuk uç kompanzasyonu kavramı geçerlidir.

Fakat B tipinin 0–50 °C bölgesindeki termoelektrik çıkışı son derece küçüktür. NIST verilerine göre referans birleşimi 0 ile 50 °C arasında kaldığında, onu 0 °C varsaymanın oluşturduğu ilave EMK hatası yaklaşık birkaç mikrovolt seviyesindedir.

Yüksek ölçüm sıcaklıklarında bu etki küçük olabilir. Örneğin NIST, 1100 °C üzerinde 3 µV seviyesindeki bir hatanın yaklaşık 0,3 °C mertebesine karşılık geldiğini belirtmektedir.

Bu özellik “B tipi hiçbir zaman CJC istemez” şeklinde yorumlanmamalıdır. Modern cihazda mevcut doğru kompanzasyonu kapatmak için bir sebep yoktur; yalnız B tipinin oda sıcaklığı civarında neden CJC'ye diğer tiplerden daha az duyarlı olduğunu açıklar.

B tipi uzatma ve kompanzasyon kablosu kullanılabilir mi?

Evet. Platin-rodyum telleri bütün mesafe boyunca kullanmak ekonomik değildir.

Bu nedenle uygun sıcaklık bölgesinde B tipi için tasarlanmış kompanzasyon kabloları kullanılabilir.

Bu kablolar termokuplun Pt-30%Rh ve Pt-6%Rh alaşımlarının aynısı olmak zorunda değildir; tanımlanmış sıcaklık bölgesinde uygun termoelektrik davranışı sağlayan alternatif alaşım sistemleri kullanılabilir.

Kablo seçiminin genel prensipleri IEC 60584-3 Termokupl Uzatma ve Kompanzasyon Kabloları bölümünde açıklanmaktadır.

B tipi doğrudan PLC'ye bağlanabilir mi?

Evet, PLC termokupl modülü B tipini destekliyorsa.

Bir PLC termokupl giriş modülü B tipi EMK'yi ölçer, terminal sıcaklığını dikkate alır ve B tipi referans fonksiyonuna göre sıcaklığı hesaplar.

B tipi çıkışını sıradan 0–10 V analog girişe doğrudan bağlamak doğru değildir. Termokupl çıkışı birkaç milivolt seviyesindedir ve özel düşük seviyeli ölçüm ile lineerizasyon gerektirir.

B tipi 4–20 mA'ya çevrilebilir mi?

Evet. B tipi desteğine sahip bir sıcaklık transmitteri kullanılabilir.

Transmitter termokuplun düşük seviyeli EMK'sini ölçer, gerekli kompanzasyon ve B tipi lineerizasyonu uygular ve hesaplanan sıcaklığı 4–20 mA gibi standart endüstriyel sinyale dönüştürür.

Böylece kontrol sistemi tarafında özel termokupl girişi yerine standart analog giriş kullanılabilir.

B tipi sıcaklık kontrol cihazına bağlanabilir mi?

B tipi girişi bulunan bir ısı kontrol cihazına doğrudan bağlanabilir.

Kontrol cihazının giriş tipi mutlaka B olarak seçilmelidir. S veya R tipi seçilirse cihaz farklı sıcaklık–EMK referans fonksiyonunu kullanacağı için sıcaklık yanlış hesaplanır.

Özellikle 1500–1700 °C seviyesindeki bir proses kontrolünde birkaç derecelik ölçüm hatasının proses kalitesine etkisi yüksek olabileceği için sensör ve cihaz konfigürasyonu birlikte değerlendirilmelidir.

B tipi termokupl yerine temassız ölçüm kullanılabilir mi?

Çok yüksek sıcaklıklarda fiziksel sensörün proses içine girmesi mekanik ve kimyasal sorun oluşturabilir.

Bu nedenle bazı fırınlarda B tipiyle birlikte veya B tipinin yerine temassız sıcaklık sensörü, kızılötesi pirometre veya optik sıcaklık ölçümü kullanılabilir.

Fakat temassız ölçümün de emissivite, optik görüş alanı, fırın penceresi ve yüzey özellikleri gibi kendi belirsizlik kaynakları vardır.

Bu nedenle iki yöntem birbirinin otomatik alternatifi değil, farklı ölçüm teknikleridir.

B tipi ile Pt100 arasındaki fark nedir?

B tipi sıcaklığı termoelektrik EMK üzerinden ölçerken Pt100 platin elemanın elektrik direncindeki değişimi ölçer.

Pt100 özellikle düşük ve orta sıcaklıkta yüksek ölçüm kalitesi sağlar. B tipi ise bunun tam tersine, özellikle çok yüksek sıcaklıkta avantajlıdır.

100 °C civarında B tipi yerine Pt100 kullanmak çoğu zaman çok daha mantıklıyken, 1600 °C civarında Pt100 zaten uygun bir sensör değildir.

Genel RTD/termokupl karşılaştırması için Pt100 ve Termokupl Karşılaştırması sayfasına bakabilirsiniz.

B tipi toleransı ne anlama gelir?

Gerçek B tipi termoelemanların EMK'si ideal standart referans fonksiyonundan belirli miktarda farklı olabilir. Bu izin verilen fark termokupl toleransı olarak ifade edilir.

Ancak tolerans, tamamlanmış fırın ölçüm sisteminin doğruluğu değildir.

Gerçek sistemde:

termoeleman toleransı veya kalibrasyonu
yüksek sıcaklık drift'i
kontaminasyon
kompanzasyon kablosu
CJC
ölçüm elektroniği
fırın sıcaklık gradyanı
sensör konumu ve daldırma derinliği

sonucu birlikte etkiler.

Bu ayrım Termokupl Standartları bölümünde ayrıca ele alınmaktadır.

B tipi termokupl kalibrasyonu yapılabilir mi?

Evet. B tipi yüksek sıcaklık kalibrasyonlarında kullanılan önemli platin-rodyum termokupllardan biridir.

NIST güncel kalibrasyon hizmetlerinde B tipi termokuplların referans termokupllara karşı karşılaştırmalı kalibrasyonunu da kapsamaktadır.

Kalibrasyon, belirli fiziksel sensörün ideal B tipi referans fonksiyonundan gerçek sapmasını belirlemeye yardımcı olur.

Özellikle kritik yüksek sıcaklık proseslerinde yalnız nominal toleransa güvenmek yerine sensöre özgü kalibrasyon verisi kullanmak daha anlamlı olabilir.

B tipi ölçüm belirsizliğini neler etkiler?

B tipi bir ölçüm sisteminde toplam belirsizliğe:

kalibrasyon · termoelektrik drift · rodyum bileşim değişimi · kontaminasyon · kablo · CJC · ölçüm cihazı · fırın homojenliği · radyasyon ve iletim etkileri · sensör konumu

katkıda bulunabilir.

Kritik proseslerde yalnız “B tipi ±X °C” ifadesine bakmak yerine bütün ölçüm belirsizliği bütçesi değerlendirilmelidir.

B tipi termokupl nerelerde kullanılır?

Uygun koruyucu sistemle B tipi özellikle:

yüksek sıcaklık endüstriyel fırınlarında
cam endüstrisinde
seramik üretiminde
metalurjik proseslerde
yüksek sıcaklık laboratuvarlarında
ısıl işlem ve sinterleme sistemlerinde
yüksek sıcaklık kalibrasyon çalışmalarında

kullanılabilir.

Sensörün gerçek proses uygunluğu yalnız B tipi harfine göre değil, atmosfer ve koruyucu seramik sistemiyle birlikte değerlendirilmelidir.

B tipi termokupl seçerken hangi bilgiler bilinmelidir?

Doğru B tipi sensör seçimi için en azından:

normal proses sıcaklığı
maksimum sıcaklık
sürekli veya aralıklı çalışma
oksitleyici, inert veya başka proses atmosferi
termoeleman tel çapı
seramik izolasyon malzemesi
koruyucu tüp yapısı
sensör boyu ve daldırma mesafesi
PLC veya kontrol cihazının B tipi desteği
kalibrasyon ve hedef ölçüm belirsizliği

bilinmelidir.

B tipi termokuplun avantajları

Doğru uygulamada B tipi:

çok yüksek sıcaklık ölçüm kapasitesi
R ve S tipine göre daha yüksek üst sıcaklık bölgesi
yüksek sıcaklıkta iyi mekanik dayanım
uygun oksitleyici veya inert atmosferlerde iyi kullanım
yüksek sıcaklık kalibrasyon ve laboratuvar uygulamalarına uygunluk

gibi avantajlar sağlayabilir.

B tipi termokuplun sınırlamaları

B tipinin önemli sınırlamaları:

yüksek platin ve rodyum maliyeti
düşük sıcaklıklarda çok küçük EMK ve düşük duyarlılık
yüksek sıcaklıkta kontaminasyona hassasiyet
uygun yüksek saflıkta seramik koruma ihtiyacı
indirgen atmosfer ve reaktif buharlarda sınırlamalar
uzun süreli kullanımda termoelektrik drift

olarak özetlenebilir.

Sonuç

B tipi termokupl, Pt-30%Rh / Pt-6%Rh termoeleman çiftinden oluşan ve özellikle yüksek sıcaklık ölçümünde kullanılan değerli metal bir termokupldur.

ITS-90 referans fonksiyonu yaklaşık 0 °C ile +1820 °C arasında tanımlıdır; ancak gerçek sensörler çoğunlukla bu matematiksel aralığın tamamında kullanılmaz ve B tipinin asıl avantajı yaklaşık yüksek sıcaklık bölgesindedir.

B tipini R ve S'den ayıran en önemli yapısal özellik, her iki termoelemanın da platin-rodyum alaşımı olmasıdır.

Düşük sıcaklıkta çok küçük EMK üretmesi nedeniyle sıradan prosesler için uygun bir seçim değildir; buna karşılık uygun atmosfer, yüksek saflıkta seramik koruma ve doğru ölçüm sistemiyle yüksek sıcaklık fırınlarında önemli avantaj sağlayabilir.

Doğru bir B tipi ölçüm sistemi için termoeleman saflığı, proses atmosferi, seramik koruma, kompanzasyon kablosu, cihazın gerçek B tipi lineerizasyonu, CJC ve yüksek sıcaklık drift'i birlikte değerlendirilmelidir.

Termokupl çeşitleri ve ilgili konular

+ Termokupl (T/C) Çeşitleri

+ S Tipi Termokupl Nedir? · R Tipi Termokupl Nedir?

+ C Tipi Termokupl Nedir? · A Tipi Termokupl Nedir?

+ K Tipi Termokupllar · N Tipi Termokupl Nedir?

+ Termokupl Nedir? · Seebeck Etkisi

+ Soğuk Uç Kompanzasyonu · Ölçüm Belirsizliği

+ Termokupl Standartları · IEC 60584-1

+ IEC 60584-3 Termokupl Kabloları · Pt100 Sensörleri

+ Temassız Sıcaklık Sensörleri · Sıcaklık Transmitterleri

+ Isı Kontrol Cihazları · PLC Sistemleri · 4–20 mA / 0–10 V