PT2203727E

PT2203727E - Fio de extensão de termopar

Info

Publication number: PT2203727E
Application number: PT88415989T
Authority: PT
Inventors: Richard F Conti
Original assignee: Heraeus Electro Nite Int
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2015-11-02
Also published as: KR20100048989A; AU2008315658A1; RU2010120654A; US8608377B2; JP5357168B2; BRPI0817746A2; CA2693574C; ES2550016T3; AU2008315658B2; TWI476970B; CN101821596B; US20090107537A1; TW200921959A; PL2203727T3; CN101821596A; WO2009053815A2; KR101286346B1; MX2010004255A; CA2693574A1; CL2008003126A1

Description

DESCRIÇÃO

FIO DE EXTENSÃO DE TERMOPAR

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os termopares utilizados para medições de alta temperatura são geralmente feitos de metais nobres, tais como platina e ligas de platina. Os mais comuns são: (1) termopares de Tipo R que têm um material de cabo condutor positivo de platina e 13% de ródio e um cabo condutor negativo de platina, e (2) termopares de Tipo S que têm um material de cabo condutor positivo de platina e 10% de ródio e um cabo condutor negativo de platina.

Uma desvantagem dos termopares de metal nobre é o elevado custo, em que o custo é proporcional ao comprimento dos fios de termopar de platina e platina/ródio.

Num ambiente industrial, os instrumentos nos quais se situam a junção de referência encontram-se habitualmente distantes do termopar. Em particular, quando a temperatura de metais fundidos está a ser medida, os instrumentos utilizados para medir a saída de fem (força eletromotriz) do termopar encontram-se habitualmente a uma grande distância, p. ex. 30,48 m (100 pés), da junção de medição do termopar. O alongamento do termopar de metal nobre em 30,48 m (100 pés) ou mais até à junção de medição seria proibitivamente dispendioso. Além disso, quando, por exemplo, o termopar é utilizado apenas para uma ou algumas medições, tal como é habitualmente o caso na medição da temperatura de metais fundidos, a utilização de um termopar de metal nobre que pode ser alongado em 30,48 m (100 pés) ou mais torna-se ainda mais proibitiva.

Os sistemas de medição de temperatura que utilizam um termopar de metal nobre para medir a temperatura de metais fundidos minimizam geralmente o comprimento dos fios de termopar de metal nobre ligando, num dispositivo de ligação frequentemente referido como sensor ou sonda, um fio de ligação feito de metais/ligas de metal menos dispendiosos, para ligar o termopar ao instrumento de medição distante. Esse fio de ligação é geralmente referido como fio de extensão. 0 fio de extensão pode ser utilizado para ligar um termopar a um instrumento de medição distante, desde que seja mantida uma precisão de medição aceitável para a maioria das aplicações através da: (1) seleção das propriedades termoelétricas do fio de extensão de modo a serem substancialmente iguais às do termopar de metal nobre ao qual é ligado na gama de temperaturas em que o fio de extensão funciona, e (2) manutenção da junção do fio de termopar positivo e do fio de extensão positivo na mesma temperatura da junção do fio de termopar negativo e do fio de extensão negativo. Nestas condições, a tensão medida na junção de referência é idealmente uma função apenas da diferença de temperatura entre a junção de medição e a junção de referência independentemente da temperatura das junções formadas na ligação dos fios de termopar e dos fios de extensão. Convencionalmente, o fio de extensão para a ligação ao cabo condutor de termopar positivo de um termopar de metal nobre é feito de cobre puro, e o fio de extensão que se liga ao cabo condutor negativo é feito de uma liga de cobre-niquel. A seleção de um determinado tipo de material para fazer corresponder as propriedades termoelétricas de um tipo de fio de extensão com as de um termopar de metal nobre para minimizar os erros devido à má correspondência das propriedades termoelétricas entre o termopar e os fios de extensão é descrita nas Patentes U.S. n.° 3.926.681 e US 4.002.500. O erro de medição devido a uma diferença nas temperaturas nas junções de um termopar e os fios de extensão devido à má correspondência das propriedades termoelétricas do fio de extensão com o elemento de termopar é descrito em "Manual on the Use of

Thermocouples in Temperature Measurement", ASTM Pub. 470B, 1981, páginas 27 a 35.

Conforme descrito acima, uma diferença de temperatura que surge entre as junções positiva e negativa do termopar e do fio de extensão (doravante referidas como junções intermediárias) resulta num erro da medição da fem do termopar. Não é descrito no estado da técnica que esta diferença de temperatura entre as junções intermediárias pode surgir a partir de uma diferença no calor que circula entre a junção intermediária positiva e a junção de referência correspondente mais fria e no calor que circula entre a junção intermediária negativa e a junção de referência correspondente mais fria. A diferença nos fluxos de calor resulta num arrefecimento aparente de uma das junções nas condições em que ambas as junções estão a receber uma entrada de calor igual. Esta diferença de temperatura irá aumentar em proporção ao tempo em que o termopar, mais especificamente as junções intermediárias, se encontra exposto a uma circunstância de ganho de calor progressivo como resultado da exposição ao ambiente de alta temperatura. 0 aumento da precisão das medições da temperatura do metal nobre e, em particular, o aumento da precisão da medição da temperatura dos metais fundidos seriam uma vantagem económica para a indústria. Consequentemente, seria desejável a redução do fluxo de calor diferencial a partir das junções do termopar e dos fios de extensão pelos fios de extensão de termopar.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO 0 problema acima é resolvido pela invenção. A invenção é caracterizada na reivindicação independente. As formas de realização preferidas são descritas nas sub-reivindicações. É divulgado um sistema de termopar. 0 sistema de termopar inclui um termopar que tem um cabo condutor positivo e um cabo condutor negativo. Um fio positivo é ligado numa primeira extremidade ao cabo condutor positivo numa primeira junção e num segunda extremidade a uma segunda junção. Um fio negativo é ligado numa primeira extremidade ao cabo condutor negativo numa terceira junção e numa segunda extremidade a uma quarta junção. A segunda e a quarta junções constituem uma junção de referência. Pelo menos uma condutividade térmica ou uma espessura de, pelo menos, um entre o fio positivo e o fio negativo é selecionada para fazer com que os respetivos fluxos de calor a partir da primeira junção em direção à junção de referência e o fluxo de calor a partir da terceira junção em direção à junção de referência correspondam a quantidades em a que a diferença nos fluxos de calor seja inferior a uma quantidade predeterminada, nomeadamente, que a quantidade do fluxo de calor pelo, pelo menos um, fio positivo e a quantidade de fluxo de calor pelo, pelo menos um, fio negativo sejam substancialmente iguais.

BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DAS FIGURAS 0 sumário anterior e a seguinte descrição detalhada da invenção serão mais bem compreendidos quando lidos em conjunto com as figuras em anexo. Para efeitos de ilustração da invenção, as figuras ilustram formas de realização que são presentemente preferidas. Contudo, convém compreender que a invenção não é limitada às disposições e instrumentos ilustrados.

Nas figuras: a Fig. 1 é um diagrama esquemático dos termopares A, B e C; a Fig. 2 é um diagrama esquemático de um circuito de termopar; a Fig. 3 é um diagrama de fern versus temperatura de um circuito de termopar; a Fig. 4 é um diagrama de um sensor de temperatura conhecido; a Fig. 5a é um diagrama da primeira forma de realização da presente invenção; a Fig. 5b é um diagrama da segunda forma de realização da presente invenção; e a Fig. 5c é um diagrama da terceira forma de realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Relativamente agora à Fig. 1, são ilustrados dois termopares, ambos sendo idênticos em propriedades termoelétricas. A combinação do primeiro termopar A com a respetiva junção de referência em TReferência = 0 °C (32 °F) e respetiva junção de medição em alguma temperatura intermédia Iintermédia e do segundo termopar B com a respetiva junção de referência na temperatura intermédia Iintermédia e respetiva junção de medição na temperatura a ser medida TMedida é equivalente a um único termopar com a respetiva junção de referência em 0°C (32 °F) e respetiva junção de medição na temperatura a ser medida TMedldar isto é femA + femB = femc, em que fem corresponde à força eletromotriz produzida pelos termopares. De maneira simples, se a relação de fern versus temperatura de um termopar for conhecida para uma temperatura de referência, a fem gerada em qualquer outra temperatura de referência é previsível.

Uma consequência prática é que um par de fios de extensão A que tenha as mesmas características termoelétricas das do par de termopar B, mas que seja feito de materiais diferentes, pode ser inserido no circuito de termopar, (por exemplo entre TReferência e Iintermédia) λ sem afetar a fem liquida que teria sido medida por um termopar não quebrado C.

Em muitas aplicações industriais que utilizam fios de extensão ligados a um termopar num invólucro, em que a temperatura na junção de medição pode exceder 1371,1 °C (2500 °F), as junções intermediárias que se encontram situadas no invólucro fazem com que a temperatura da junção intermediária não exceda 204,4 °C (400 °F) . De maneira semelhante, pela prática, a junção de referência nos instrumentos de medição não desce abaixo de 0 °C (32 °F) . Consequentemente, uma vez que a gama de temperaturas na qual os fios de extensão funcionam é limitada, os fios de extensão, feitos de materiais que são menos dispendiosos do que os termopares de metal nobre, são muitas vezes utilizados em aplicações industriais para alongar o termopar até às junções de referência. Idealmente, para evitar a imprecisão, os fios de extensão e um termopar nobre devem ter características termoelétricas correspondentes, de modo a que a força eletromotriz, fem, diferencial desenvolvida entre os dois fios de extensão seja substancialmente igual, tanto em polaridade como em intensidade, à fem diferencial desenvolvida entre os dois fios de termopar de metal nobre, em qualquer temperatura na gama de 0 °C (32 °F) a 204,4 °C (400 °F). A Fig. 2 ilustra a utilização de fios de extensão (Px, Nx) num circuito de termopar de Tipo S e Tipo R, em que o termopar de metal nobre P, N é ligado às junções intermediárias no ponto Ti, e os fios de extensão Px, Nx são inseridos entre as junções intermediárias e as junções de referência situadas no ponto TR. A saída de uma unidade de termopar assim pode ser calculada somando as tensões de todas as junções entre as temperaturas em cada extremidade, tal como:

em que: EPX é igual à fem entre o ponto TI e TR; EP é igual à fem entre os pontos TM e TI;

En é igual à fem entre o ponto TI e TM; e

Enx é igual à fem entre os pontos TR e TI.

Verificou-se que existem fontes de erro na medição da temperatura do termopar para além dos erros introduzidos pelo fio de extensão que não tem propriedades termoelétricas correspondentes (fem). O benefício da redução destes erros pode superar muito os benefícios da correspondência das caracterí st icas de fem dos fios de extensão e do termopar. Um destes erros, e o objeto desta invenção, surge quando existe uma diferença de temperatura entre as junções nas quais cada fio de termopar é ligado ao respetivo fio de extensão, mesmo que o par de fios de extensão corresponda exatamente à fem de termopar em cada temperatura.

Relativamente à Fig. 2, suponhamos que:

A Fig. 3 é um diagrama de fem versus temperatura para fios de termopar P e N positivos (P) e negativos (N) e fios de extensão correspondentes PX e NX. 1 As seguintes relações aplicam-se em qualquer temperatura T na gama de funcionamento dos fios de extensão: 1 Consulte "Manual on the Use of Thermocouples in Temperature Measurement", ASTM Pub. 470B, 1981, página 34. A saída de termopar = a saida de par de extensão:

Nova disposição:

Se existir uma diferença de temperatura entre as duas junções, em que P junta PX em TP e N junta NX em TN, ou seja TP Φ TN, irá existir uma fem indesejada nas duas junções de uma intensidade:

0 sinal de ΔE quando TP + TN, independentemente de o erro resultar num desvio positivo ou negativo, dependerá da intensidade de TP + TN e da relação de fem de PX e NX para P e N.

Existem diversas razões para os erros resultantes da condição em que TP + TN, o que é inerente nas unidades de termopar comerciais. Uma maior probabilidade de erro foi observada, em que TP + TN, nas unidades de termopar que têm fios de extensão desproporcionadamente longos em comparação com o comprimento dos fios nobres de termopar. Esta condição é bastante comum em sistemas de termopar de metal nobre à base de platina, em que o comprimento dos termopares nobres é mantido como possível devido ao custo dos metais à base de platina em comparação com o custo dos fios de extensão.

Um outro aumento nos erros foi observado nas unidades de termopar em que TP + TN, em que existe uma disparidade no diâmetro do fio de extensão versus o fio de termopar de metal nobre. Isto é extremamente evidente nos dispositivos de termopar descartáveis do tipo descrito, por exemplo, nas Patentes n.° GB 719026, US 2.993.944, US 2.999.121 e US 3.298.874 .

Um outro aumento nos erros foi observado nas unidades de termopar em que TP + TN, onde existe uma disparidade de diâmetro de fio físico entre os condutores dos materiais do fio de extensão que são intermediários nos circuitos de temperatura que fornecem meios para a ligação e desconexão imediatas de partes do circuito de termopar. O documento US 4.229.230 divulga um exemplo dessa assimetria num membro de ligação.

Outra fonte de erro na medição da temperatura relativamente à utilização de fios de extensão nos circuitos de termopar, além dos efeitos de fem mencionados acima, deve-se a uma diferença no fluxo de calor nos fios de extensão PX e NX entre as junções intermediárias de temperatura mais alta e as junções de referência de temperatura mais baixa. A diferença no fluxo de calor induz uma diferença na temperatura entre as junções intermediárias positiva e negativa nos casos em que a condutividade térmica entre as junções positiva e negativa não é infinita. Numa breve visão geral das leis de estado estável, a condução de calor unidimensional irá ajudar a explicar as dificuldades superadas por esta invenção.

Se existir um gradiente de temperatura dentro de um corpo, tal como um fio de extensão, a energia térmica irá circular da zona de alta temperatura até à zona de baixa temperatura. Este fenómeno é conhecido como transferência de calor por condução e é descrito na Lei de Fourier. Para o fluxo de calor unidimensional:

em que o fluxo de calor q (watts/metro2) depende de um determinado perfil de temperatura T, e o coeficiente de condutividade térmica k (watts/metro-Kelvin) corresponde à taxa de transferência de calor por unidade de área perpendicular à direção de transferência. 0 sinal de subtração é uma convenção que indica que o calor circula até ao gradiente de temperatura.

Se o fluxo de calor, medido em watts, passar por uma área em corte transversal definida A, a equação muda para a equação apresentada em seguida. A integração da equação de fluxo de calor através da espessura Ax de um material fornece:

em que Ti e T2 correspondem às temperaturas nos dois limites do corpo.

Com este conhecimento da condução de calor, é possível verificar como a diferença na condutividade térmica dos fios de extensão pode resultar em erros de temperatura reais.

Por exemplo, uma maioria dos sistemas de termopar de metal nobre utiliza um par de fios de extensão de cobre-níquel para ligar, nas junções intermediárias, o termopar de metal nobre que tem uma junção de medição ao instrumento de medição que tem junções de referência. A estrutura nas junções intermediárias e nas junções de referência são, cada uma delas, concebidas para manter as junções positiva e negativa substancialmente na mesma temperatura. Contudo, uma vez que a junção intermediária positiva e a junção intermediária negativa têm de ser eletricamente isoladas, a condutividade térmica entre as junções é finita e, deste modo, as junções positiva e negativa podem não ser mantidas exatamente na mesma temperatura. 0 coeficiente de condutividade térmica k a uma temperatura de 20 °C (68 °F) do fio de cobre especificado para o fio de extensão pelas organizações de normas nacionais e internacionais para a extensão do termopar positivo de um termopar de metal nobre é de cerca de 390 W/ (m-K) ; e o do fio de extensão de cobre-níquel para a extensão do cabo condutor negativo é de cerca de 85 W/ (m-K) . Se a entrada de calor na extremidade mais quente de cada um dos dois filetes de fio de extensão for mantida no mesmo valor e a área em corte transversal de cada fio for idêntica, a extremidade mais quente do fio com a condutividade térmica mais alta encontrar-se-á ao longo do tempo numa temperatura mais baixa do que o fio com a condutividade mais baixa devido a uma maior perda de calor condutor até à extremidade mais fria (junção de referência) do fio. Em conformidade, a extremidade mais fria do fio de extensão de condutividade mais alta encontrar-se-á numa temperatura ligeiramente mais alta do que o fio de extensão de condutividade mais baixa devido a um maior fluxo de calor em direção a essa extremidade. Este efeito é composto pelo isolamento térmico e elétrico geralmente colocado em torno de, e separando, cada fio contra as mudanças de calor ambientais e fomentando o isolamento elétrico. Com a entrada de calor continua na extremidade mais quente dos fios, o gradiente de temperatura ao longo do fio de extensão entre as extremidades quente e fria de cada fio separado tornar-se-á cada vez mais diferente, resultando em maiores erros na medição da temperatura, conforme explicado utilizando a Figura 3. 0 fluxo de calor nos fios de extensão é uma função do coeficiente de condutividade térmica e da espessura do fio. Deste modo, o fluxo de calor nos respetivos fios de extensão pode ser regulado selecionando valores específicos para a espessura dos fios, o coeficiente de condutividade térmica dos fios ou ambos. Na prática, no caso de sistemas de termopar de metal nobre, verificou-se que a simples redução da espessura do fio de extensão de cobre e o simples aumento do diâmetro do fio de extensão de cobre-níquel convencionalmente utilizado com os termopares de metal nobre de forma suficiente para igualar o fluxo de calor nos caminhos do fio de extensão são impraticáveis devido ao fio de cobre mais fino que está sujeito à rutura, e/ou ao fio de liga de cobre-níquel de maior espessura que tem um custo inaceitavelmente elevado. Consequentemente, é desejável selecionar materiais alternativos para os fios de extensão, de modo a que os respetivos coeficientes de condutividade forneçam uma equalização térmica dentro da gama aceitável de espessuras de fio e características termoelétricas.

Relativamente agora à Fig. 4, é apresentado um exemplo de um sistema de termopar conhecido 10 compreendendo um sensor 12 que inclui um termopar de metal nobre 14 com uma junção de medição 16 e cabos condutores de termopar positivo e negativo 14a, 14b, um instrumento de medição 28, que inclui junções de referência 26a, 26b e fios de extensão 24a, 24b que ligam o sensor 12 ao instrumento de medição 28. O sensor 12 também inclui junções frias 18a, 18b e junções de conetor 22a, 22b. Os fios de ligação 20a, 20b ligam os cabos condutores de termopar positivo e negativo 14a, 14b às junções de conetor 22a, 22b. Os fios de extensão 24a, 24b ligam os fios de ligação 20a, 20b às junções de referência 26a, 26b.

No sistema de termopar conhecido 10 da Fig. 4, o fio de ligação 20a e o fio de extensão 24a ligado ao cabo condutor positivo 14a do termopar 14 são feitos convencionalmente de cobre (Cu) com um coeficiente de condutividade de calor nominal de aproximadamente 390 W/ (m-K) a uma temperatura de 20 °C (68 °F) . O fio de ligação 20b e o fio de extensão 24b ligado ao cabo condutor negativo 14b do termopar 14 são feitos de uma liga de cobre-níquel (CuNi) com um coeficiente de condutividade de calor nominal de 85 W/(m-K) a uma temperatura de 20 °C (68 °F). Uma vez que o material de 20b e 24b tem idealmente as mesmas caracteristicas termoelétricas e o material de 20a e 24a tem as mesmas caracteristicas termoelétricas, este sistema de termopar efetua medições de forma idêntica a um que tenha um único condutor entre as junções 18b e 26b, e igualmente 18a e 26a. Contudo, no sistema conhecido, conforme descrito acima, o fluxo de calor pelos fios positivos de ligação/extensão 20a, 24a em direção à junção de referência 26a é diferente do fluxo de calor pelos fios negativos de ligação/extensão 20b, 24b em direção à junção de referência 26b devido às diferenças inerentes na condutividade térmica e na radiação dos respetivos fios de extensão/ligação. A diferença no fluxo de calor pode resultar num erro de medição devido a uma fem diferencial que surge nas junções 18a, 18b.

Relativamente agora à Fig. 5a, é ilustrada uma primeira forma de realização preferida da invenção que tem um segmento de fio de extensão positivo 24a' diferente de 24a e que é idêntico ao sistema conhecido da Fig. 4 em todos os outros aspetos, exceto conforme especificamente descrito. Na primeira forma de realização preferida, o material preferido para o fio de extensão 24a' é uma liga de cobre e manganésio (CuMn) com um coeficiente de calor nominal de 155 W/(m-K) a uma temperatura de 20 °C (68 °F) , que pode variar entre 145 e 190 W/(m-K) como a temperatura varia entre 0 °C (32 °F) e 204,4 °C (400 °F) . Preferencialmente, a percentagem de manganésio no fio de extensão 24a' é de 1% +/- 0,35%. Na primeira forma de realização preferida, a condutividade térmica e/ou as espessuras dos fios de extensão 24a', 24b são selecionadas intencionalmente de modo a que o fluxo de calor de cada uma das junções frias 18a, 18b na direção das junções de medição 26a, 26b seja regulado para que o fluxo de calor da junção 18a na direção da junção de referência 26a e o fluxo de calor da junção 18b na direção da junção de referência 2 6b sejam de modo a que uma quantidade dos respetivos fluxos de calor seja diferente em menos de uma quantidade predeterminada e seja de preferência substancialmente igual em quantidade.

Relativamente à Fig. 5b, é ilustrada uma segunda forma de realização preferida da invenção que tem um fio de ligação positivo 203' diferente de 20a e que é idêntico ao sistema conhecido da Fig. 4 em todos os outros aspetos, exceto conforme especificamente descrito. Na segunda forma de realização preferida, a utilização de um fio de ligação 20a' de uma condução térmica inferior serve como uma quebra térmica. Na segunda forma de realização preferida, o material preferido para o fio de ligação 20a' é uma liga de cobre e manganésio (CuMn) com um coeficiente de calor nominal de 155 W/ (m-K), que pode variar entre 140 e 190 W/(m-K) como a temperatura varia entre 0 °C (32 °F) e 204,4 °C (400 °F). Preferencialmente, a percentagem de manganésio no fio de ligação 20a' é de 1% +/- 0,35%. Na segunda forma de realização preferida, a condutividade térmica e/ou as espessuras dos fios de ligação 20a', 20b são selecionadas de modo a que o fluxo de calor conduzido pelos fios de ligação 20a' , 20b a partir de cada uma das junções frias 18a, 18b na direção dos fios de extensão 24a, 24b seja regulado para que o fluxo de calor seja, de preferência, mas não necessariamente, substancialmente igual quando os fios de extensão de Cu/CuNi 24a, 24b se encontram ligados às junções de referência 26a, 26b. Note que, embora os fios de ligação 20a', 20b sejam ilustrados dentro do sensor 12, os mesmos podem ser externos em relação ao sensor 12.

Relativamente à Fig. 5c, é ilustrada uma terceira forma de realização preferida da invenção que tem um fio de ligação positivo 20a' e um fio de extensão positivo 24a' e que é idêntico ao sistema conhecido da Fig. 4 em todos os outros aspetos, exceto conforme especificamente descrito. Na terceira forma de realização preferida, o material preferido para o fio de ligação 20a' e o fio de extensão 24' é uma liga de cobre e manganésio com um coeficiente de calor nominal de 155 W/ (m-K), que pode variar entre 145 e 190 W/(m-K) como a temperatura varia entre 0 °C (32 °F) e 204,4 °C (400 °F) . Preferencialmente, a percentagem de manganésio no fio de ligação 20a' e no fio de extensão 24a' é de 1% +/- 0,35%. Na terceira forma de realização preferida, os metais idênticos são ligados nas junções entre os fios de ligação 20a', 20b e os respetivos fios de extensão 24a', 24b. A condutividade térmica e/ou as espessuras dos fios de extensão 20a', 20b e 24a', 24'b são selecionadas intencionalmente de modo a que o fluxo de calor de cada uma das junções frias 18a, 18b na direção das junções de medição 26a, 26b seja regulado para que o fluxo de calor da junção 18a na direção da junção de referência 26a e o fluxo de calor da junção 18b na direção da junção de referência 2 6b sejam de modo a que uma quantidade dos respetivos fluxos de calor seja diferente em menos de uma quantidade predeterminada e seja de preferência substancialmente igual em quantidade. Uma vez que o fluxo de calor pode ser controlado ajustando a espessura de um ou ambos o fio de ligação 20a' e o fio de extensão 24a' , é alcançada uma maior flexibilidade na seleção das espessuras dos fios. A presente invenção não é limitada aos sistemas de termopar que utilizam termopares de metal nobre e um fio de extensão negativo feito de uma liga CuNi. A liga CuMn utilizada nas formas de realização preferidas é igualmente aplicável a qualquer sistema de termopar no qual o fio de extensão positivo convencional é um cobre sem liga. Esses sistemas de termopar incluem, mas não se limitam a, sistemas que utilizam termopares de tipo B, K e T, bem como termopares de tipo R e S. Além disso, o conceito de igualação do fluxo de calor nos fios de extensão selecionando uma composição dos fios de extensão é aplicável a qualquer tipo de sistema de termopar, e não é limitado a nenhuma escolha especifica de materiais para a utilização nos fios de extensão.

Idealmente, o fluxo de calor que emana da junção fria para a junção de medição pelos respetivos fios de extensão deve ser igual para eliminar completamente a fonte de erro. Contudo, um perito na técnica irá compreender que não é necessário igualar completamente o fluxo de calor para obter uma redução significativa no erro, particularmente quando são efetuadas medições sucessivas com o mesmo sensor de termopar. Além disso, embora as vantagens económicas da invenção sejam particularmente aplicáveis aos sensores de temperatura descartáveis que utilizam um sensor de metal nobre, o conceito de igualação do fluxo de calor nos fios a partir de uma junção intermediária até à junção de referência é igualmente aplicável a qualquer sistema de termopar, em que o erro devido a um fluxo de calor desigual pelos fios de extensão contribui para o erro na medição da temperatura.

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • US 3926681 A [0005] • US 4002500 A [0005] • GB 719026 A [0023] • US 2993944 A [0023] • US 2999121 A [0023] • US 3298874 A [0023] • US 4229230 A [0024]

Documentos de não patente citados na descrição • Manual on the Use of Thermocouples in Temperature Measurement. ASTM Pub, 1981, vol. 470B, 27-35 [0005] • Manual on the Use of Thermocouples in Temperature Measurement. ASTM Pub, 1981, vol. 470B, 34 [0017]

Lisboa, 13 de Outubro de 2015

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema de termopar para a medição da temperatura de metais fundidos compreendendo: um termopar (14) com um cabo condutor positivo (14a) e um cabo condutor negativo (14b), o cabo condutor positivo (14a) e o cabo condutor negativo (14b) sendo ligados um ao outro numa junção de medição (16), e pelo menos um fio positivo sendo ligado numa primeira extremidade ao cabo condutor positivo (14a) numa primeira junção (18a) e numa segunda extremidade a uma segunda junção (26a), e pelo menos um fio negativo sendo ligado numa primeira extremidade ao cabo condutor negativo (14b) numa terceira junção (18b) e numa segunda extremidade a uma quarta junção (26b), a segunda e a quarta junções (26a; 26b) constituindo uma junção de referência (26a; 26b), caracterizado por pelo menos uma condutividade térmica ou uma espessura de, pelo menos, um entre o, pelo menos um, fio positivo e o, pelo menos um, fio negativo ser selecionada para fazer com que os respetivos fluxos de calor a partir da primeira junção (18a) na direção da junção de referência (26a; 26b) e o fluxo de calor a partir da terceira junção (18b) na direção da junção de referência (26a; 26b) correspondam a quantidades em que a diferença nos fluxos de calor seja inferior a uma quantidade predeterminada, nomeadamente, que a quantidade do fluxo de calor pelo, pelo menos um, fio positivo e a quantidade do fluxo de calor pelo, pelo menos um, fio negativo sejam substancialmente iguais.
2. 0 sistema de termopar de acordo com a reivindicação 1, em que o, pelo menos um, fio positivo compreende um fio de ligação positivo (20a) e um fio de extensão positivo (24a'), e em que o fio de extensão positivo (24a') regula o fluxo de calor pelo, pelo menos um, fio positivo.
3. 0 sistema de termopar de acordo com a reivindicação 1, em que o, pelo menos um, fio positivo compreende um fio de ligação positivo (20a') e um fio de extensão positivo (24a), e em que o fio de ligação positivo (20a') regula o fluxo de calor pelo, pelo menos um, fio positivo.
4. O sistema de termopar de acordo com a reivindicação 1, em que o, pelo menos um, fio positivo compreende um fio de ligação positivo (20a) e um fio de extensão positivo (24a'), e em que o fio de ligação positivo (20a) é feito de cobre sem liga e o fio de extensão positivo (24a' ) é feito de uma liga de cobre-manganésio.
5. O sistema de termopar de acordo com a reivindicação 1, em que o, pelo menos um, fio positivo compreende um fio de ligação positivo (20a') e um fio de extensão positivo (24a), e em que o fio de ligação positivo (20a') é feito de uma liga de cobre-manganésio e o fio de extensão positivo (24a) é feito de um cobre sem liga.
6. O sistema de termopar de acordo com a reivindicação 1, em que o, pelo menos um, fio positivo compreende um fio de ligação positivo (20a') e um fio de extensão positivo (24a' ) , e em que o fio de ligação positivo (20a' ) é feito de uma liga de cobre-manganésio e o fio de extensão positivo (24a') é feito da liga cobre-manganésio. Lisboa, 13 de Outubro de 2015