Los termopares son el tipo de sensor de temperatura más utilizado porque son resistentes y relativamente económicos. Funcionan en base al efecto termoeléctrico o efecto Seebeck (llamado así por el físico Thomas Seebeck). Si conecta dos cables hechos de metales diferentes…
Parte II: Termopar
Los termopares son el tipo de sensor de temperatura más utilizado porque son resistentes y relativamente económicos. Funcionan en base al efecto termoeléctrico o efecto Seebeck (llamado así por el físico Thomas Seebeck). La conexión de dos cables hechos de metales diferentes crea un voltaje. El nivel de voltaje producido es una función de la temperatura. La salida de voltaje de un termopar es igual a la lectura de temperatura porque el voltaje cambia a medida que cambia la temperatura.
La linealidad de la salida del termopar depende del tipo de termopar y del rango de temperatura. Los termopares pueden cubrir un rango muy amplio de temperaturas (algunos pueden alcanzar los 2300 °C), pero los voltajes de salida que producen son tan pequeños que los instrumentos que se usan con termopares no pueden detectar pequeños cambios de voltaje. Deben proporcionar suficiente resolución para discriminar.
Varias fuentes de error de medición de temperatura son inherentes a los termopares.
- CJC (compensación de unión fría) no configurado o no compensado— Los termopares miden la diferencia de temperatura entre la unión caliente (utilizada para la medición real) y la unión fría o de referencia (en el lado del instrumento). Si la temperatura de la junta fría es desconocida o no está compensada (mediante compensación de la junta fría), la lectura de la temperatura será inexacta.
- Utiliza alambre de cobre desde la conexión del termopar al instrumento de medición— Las conexiones entre el termopar y el instrumento deben hacerse con el mismo tipo de cable que se usa para el termopar. En teoría, podría usar cable de cobre, pero eso requeriría controlar la temperatura de todos los cables, lo que generalmente no es práctico.
- El equipo de medición de voltaje no es lo suficientemente sensible o preciso para las mediciones de termopar.— Las salidas de los termopares están en microvoltios, así que elija un instrumento con suficiente resolución para medir con precisión los microvoltios. Afortunadamente, muchos multímetros digitales modernos (DMM) tienen características integradas que los hacen especialmente adecuados para medir la temperatura de los termopares. Por ejemplo, el conmutador/multímetro de sistema modelo 3706A de Keithley es compatible con los tipos de termopar J, K, N, T, E, R, S y B. Según el tipo de termopar seleccionado, este instrumento puede medir temperaturas de -200 °C a 1820 °C con niveles de resolución de 0,001 °C (Tipo J) a 0,1 °C (Tipo B).
Si los termopares se conectan directamente a la entrada del DMM, al menos una de esas conexiones será una unión compuesta por dos metales diferentes, introduciendo un voltaje termoeléctrico que se suma algebraicamente al voltaje del termopar, lo que produce lecturas de temperatura erróneas. Para cancelar este efecto termoeléctrico no deseado que requiere hacer diferentes conexiones de cables, los circuitos de termopar requieren una unión de referencia que se mantenga a una temperatura estable y conocida.
Por ejemplo, siempre que se conozca la temperatura de esta unión de referencia (fría), el DMM puede tener en cuenta la temperatura de referencia y calcular la lectura de temperatura real en el termopar. La temperatura de referencia estándar utilizada como referencia básica para las tablas de conversión de voltaje a temperatura del NIST es la congelación (0 °C), pero se pueden usar otras temperaturas conocidas. Por ejemplo, algunos DMM obtienen la temperatura de la unión fría midiendo la unión fría con un termistor o RTD de 4 hilos, o permiten que el usuario ingrese un valor de temperatura conocido.
Las mediciones de termopar más precisas se logran mediante el uso de una unión de referencia simulada con una referencia de punto de congelación (Figura 1). La conexión del cable de cobre al cable del termopar se sumerge en un baño de hielo (pero aislado eléctricamente) y el usuario ingresa una temperatura de referencia simulada de 0°C en el instrumento.
Los cables de termopar largos pueden tener una cantidad significativa de capacitancia como se ve en la entrada del DMM. Las aperturas intermitentes en el circuito del termopar pueden causar lecturas de escala erróneas debido a esta capacitancia. Para evitar estos errores, busque instrumentos con circuitos de detección de termopar abiertos.
La Parte III analiza las ventajas y limitaciones del uso de detectores de temperatura de resistencia (RTD) para configurar sistemas de monitoreo de temperatura. Para obtener más información sobre cómo construir un sistema de monitoreo de temperatura preciso y rentable, vea el seminario web gratuito en línea de Keithley “Comprensión de las mediciones de temperatura”. aquí.
Hasta la próxima, aquí hay algunas preguntas para considerar: ¿Obtiene la precisión de medición de temperatura que esperaba al configurar su aplicación basada en termopar? Siéntase libre de publicar sus pensamientos en los comentarios. .