Año 2013

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA

Alan González López 09061086

Análisis de los Termopares.

Esta investigación fue desarrollada como trabajo para la materia de Instrumentación bajo la asesoría

del Dr. Fidel Chávez Lara.

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El trabajo fue realizado en la materia de InstrumentaciónInstituto Tecnológico de Chihuahua Av. Tecnológico 2909, col. 10 de mayo, Chihuahua

Chihuahua, México.

INDICE

INTRODUCCION GENERAL………………………………………………………

Capítulo I. Definición de Termopar.

I.1. Efecto Seebeck………………………………………………………… Pág. 5

I.2. Efecto Peltier…………………………………………………………... Pág. 7

I.3. Efecto Thompson……………………………………………………… Pág. 9

Capítulo II. Leyes de los Termopares.

II.1. Ley de los Metales Intermedios………………………………………. Pág.10

II.2. Ley de los circuitos Homogéneos…………………………………….. Pág.11

II.3. Ley de las temperaturas sucesivas…………………………………… Pág.12

Capítulo III. Tipos de Termopares.

III.1. Tipos, rangos y Limites de error……………………………………. Pág.14

III.2. Conectores de Termopares.…………………………………………. Pág.16

Capítulo IV. Compensación.

IV.1. Circuitos de Compensación………………………………………….. Pág.26

IV.1.1 Circuito de acondicionamiento empleado para la termopar basado en un amplificador……………………………………………....

Pág.27

IV.1.2 Circuito Integrado para la compensación fría…………………. Pág.28

V. Conclusión……………………………………………………………. Pág.29

VI. Bibliografía…………………………………………………………… Pág.30

Introducción General

En la siguiente investigación trataremos a fondo lo que es el termopar un transductor de gran utilidad en el manejo de temperatura y que es de los más usados hoy en la actualidad por su gran flexibilidad precisión y precio. Abordaremos sobre el descubrimiento de su principio el efecto Seebeck, y todos los tiempos que hay en la industria, basándonos en sus rangos de medición y su clasificación por la ANSI, también algunos circuitos de compensación que nos ayudaran en la medición.

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I. Definición de Termopar.

Un termopar es un dispositivo para la medición de temperatura, basado en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por 2 conductores de metal diferentes o aleaciones de metales diferentes, unidos en sus extremos y entre cuyas uniones existe una diferencia de temperatura, que origina una fuerza electromotriz efecto Seebeck.

La fuerza electromotriz generada por el termopar está en función de la diferencia de temperatura entre la unión fría y caliente, pero mas específicamente, esta es generada como un resultado de los gradientes de temperatura los cuales existen a lo largo de la longitud de los conductores.

El inventor fue un científico alemán. Perteneció a la academia de ciencias de Berlín. En 1821-1822 descubrió la termoelectricidad y la pila termoeléctrica. Descubrió el efecto que lleva su nombre, que consiste en el paso de la corriente atreves de un circuito formado por 2 metales distintos cuyas uniones mantienen a temperaturas distintas y que es el funcionamiento de los termopares. Se le deben, además interesantes investigaciones sobre la polarización de la luz[1].

I.1 Efecto Seebeck.

El efecto Seebeck es la conversión de diferencias de temperatura directamente a electricidad.

Seebeck descubrió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se formaba un circuito cerrado de dos metales unidos en dos lugares con una diferencia de temperatura entre las uniones. Esto se debe a que los metales responden diferentemente a la diferencia de temperatura, creando una corriente de circuito, que produce un campo magnético. Seebeck, aun así, en ese momento no reconoció allí una corriente eléctrica implicada, así que llamó al fenómeno el efecto termomagnético, pensando que los dos metales quedaban magnéticamente polarizados por el gradiente de temperatura. El físico Danés Hans

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Christian Ørsted jugó un papel vital en la explicación y concepción del término “termoelectricidad”[2].

El efecto es que un voltaje, la FEM termoeléctrica, se crea en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores diferentes. Esto ocasiona una corriente continua en los conductores si ellos forman un circuito completo. El voltaje creado es del orden de varios microvoltios por kelvin de diferencia. Una de esas combinaciones, cobre-constantán, tiene un coeficiente Seebeck de 41 microvoltios por kelvin a temperatura ambiente.

En el circuito:

(que puede estar en varias configuraciones diferentes y regirse por la misma ecuación), el voltaje obtenido puede ser derivado de:

SA y SB son los coeficientes Seebeck (también llamados potencia termoeléctrica o termopotencia) de los metales A y B en función de la temperatura, y T1 y T2 son las temperaturas de las dos uniones. Los coeficientes Seebeck no son lineales en función de la temperatura, y dependen de la temperatura absoluta, material y estructura molecular de los conductores. Si los coeficientes Seebeck son efectivamente constantes para el rango de temperatura medido, la fórmula anterior puede aproximarse como:

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El efecto Seebeck se usa comúnmente en dispositivos llamados termopar (porque está hecho de un acople o unión de materiales, generalmente metales) para medir una diferencia de temperatura directamente o para medir una temperatura absoluta colocando un extremo a una temperatura conocida. Una sonda metálica mantenida a una temperatura constante en contacto con un segundo metal de composición desconocida puede clasificarse por este efecto TE. Instrumentos de control de calidad industriales usan este efecto Seebeck para identificar aleaciones metálicas. Esto se conoce como clasificación Termoeléctrica de aleación.

Varios termopares cuando se conectan en serie son llamados termopila, la cuál se construye a veces para aumentar el voltaje de salida ya que el voltaje inducido sobre cada acople es bajo.

Este es también el principio de trabajo detrás de los diodos térmicos y generadores termoeléctricos (tales como los generadores termoeléctricos de radioisótopos o GTR) los cuales se usan para crear potencia a partir de la diferencia de calor.

El efecto Seebeck se debe a dos efectos difusión de portador de carga y arrastre de fotones (descritos abajo). Si ambas conexiones se mantienen a la misma temperatura, pero una conexión se abre y cierra periódicamente, se mide un voltaje AC, el cuál es también dependiente de la temperatura. Esta aplicación de la sonda Kelvin a veces se usa para demostrar que la física subyacente solo necesita una unión. Y este efecto se ve aún si los alambres solo se acercan, pero no se tocan, así no se necesita difusión.

I.2 Efecto Peltier

El efecto Peltier es una propiedad termoeléctrica descubierta en 1834 por Jean Peltier, trece años después del descubrimiento del mismo fenómeno, de forma independiente, por Thomas Johann Seebeck. El efecto Peltier hace referencia a la creación de una diferencia de temperatura debida a un voltaje eléctrico. Sucede cuando una corriente se hace pasar por dos metales o semiconductores conectados por dos “junturas de Peltier”. La corriente

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propicia una transferencia de calor de una juntura a la otra: una se enfría en tanto que otra se calienta[2].

Una manera para entender cómo es que este efecto enfría una juntura es notar que cuando los electrones fluyen de una región de alta densidad a una de baja densidad, se expanden (de la manera en que lo hace un gas ideal) y se enfría la región.

Cuando una corriente se hace pasar por el circuito, el calor se genera en la juntura superior (T2) y es absorbido en la juntura inferior (T1). A y B indican los materiales.

Este efecto realiza la acción inversa al efecto Seebeck. Consiste en la creación de una diferencia térmica a partir de un diferencial de potencial electrico. Ocurre cuando una corriente pasa a través de dos metales diferentes o semiconductores que están conectados entre sí en dos soldaduras (uniones Peltier). La corriente produce una transferencia de calor desde una unión, que se enfría, hasta la otra, que se calienta.

Este efecto lleva el nombre de Jean Charles Peltier originario de francia quien lo descubrió en 1834, el efecto calórico de una corriente en la unión de dos metales diferentes. Cuando una corriente I se hace fluir a través del circuito, se produce calor en la unión superior (at T2)), y absorbido por la unión inferior (at T1)). El calor Peltier absorbido por la unión

inferior por unidad de tiempo, es igual a:

donde: es el coeficiente Peltier AB de todo el termopar, y A y B son los coeficientes de cada material. El silicio tipo-P normalmente tiene un coeficiente Peltier positivo (pero no mayor ~550K), y silicio tipo-n es normalmente negativo como sugiere su nombre.

Los coeficientes Peltier representan cuanta corriente de calor se lleva por unidad de carga a través de un material dado. Como la corriente de carga debe ser continua por una unión, el flujo de calor asociado producirá discontinuidad si A y B son diferentes. Esto provoca una divergencia no cero en la unión y así el calor debe acumularse o agotarse allí, según el signo de la corriente. Otra forma de entender como este efecto puede enfriar una unión es notar que cuando electrones fluyen de una región de alta densidad a una región de baja densidad, ellos se expanden (como con un gas ideal) y enfrían.

Los conductores están tratando de retornar al equilibrio de electrones que había antes de aplicarse la corriente absorbiendo energía a un conector y liberándole al otro. Los pares individuales pueden conectarse en serie para mejorar el efecto.

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Una consecuencia interesante de este efecto es que la dirección de transferencia de calor es controlada por la polaridad de la corriente; invertir la polaridad cambiará la dirección de transferencia y así el signo del calor absorbido/producido.

Un enfriador/calentador Peltier o bomba de calor termoeléctrica es una bomba de calor activa de estado sólido que transfiere calor de un lado del dispositivo al otro. El enfriamiento Peltier es llamado enfriamiento termoeléctrico.

I.3 Efecto Thompson

El efecto Thomson fue predicho y luego observado experimentalmente por William Thompson (Lord Kelvin) en 1851. Describe el calentamiento o enfriamiento de un conductor portador de corriente con un gradiente de temperatura.

Algún conductor portador de corriente con una diferencia de temperatura en dos puntos, o bien absorberá o emitirá calor, según el material. Si una densidad de corriente J pasa por un conductor homogéneo, la producción de calor por volumen es:

donde: es la resistividad del material, dT/dx es el gradiente de temperatura a lo largo del alambre, es el coeficiente Thomson.

El primer término J2 representa el efecto joule, que no es reversible. El segundo término es el calor de Thomson, que cambia de signo cuando J cambia de dirección. En metales como zinc y cobre, que tienen un extremo caliente a mayor potencial y un extremo frío a menor potencial, cuando la corriente se mueve de un extremo caliente al extremo frío, se mueve de un alto a un bajo potencial, hay una producción de calor. Que se llama Efecto Thomson positivo. En metales como cobalto, níquel que tienen un extremo frío a mayor potencial y un extremo caliente a menor potencial, cuando la corriente se mueve de un bajo a un alto potencial, hay una absorción de calor. Que se llama Efecto Thomson negativo.

El coeficiente Thomson es único entre los tres coeficientes principales termoeléctricos pues es el único coeficiente termoeléctrico directamente medible para materiales individuales. Los coeficientes Peltier y Seebeck solo pueden hallarse por pares de materiales. Así, no hay método directo experimental para hallar un coeficiente Seebeck absoluto (ejemplo termopotencia) o coeficiente Peltier absoluto para un material individual. Sin embargo, como se dijo en otra parte de este artículo hay dos ecuaciones, las relaciones de Thomson,

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conocidas como las relaciones de Kelvin (ver abajo), relacionando los tres coeficientes termoeléctricos. Por lo tanto, solo uno puede considerarse único.

Si el coeficiente Thomson de un material se mide sobre un amplio rango de temperatura, incluyendo temperaturas cercanas a cero, entonces puede integrarse el coeficiente Thomson en el rango de temperatura usando las relaciones de Kelvin para hallar los valores absolutos (ejemplo simple material) de los coeficientes Peltier y de Seebeck. En principio, esto solo necesita hacerse para un material, ya que los otros valores pueden hallarse midiendo pares de coeficientes Seebeck en termopares conteniendo el material de referencia y agregar luego la potencia termoeléctrica absoluta del material de referencia.

Es común afirmar que el plomo tiene un coeficiente Thomson cero, Si bien es cierto que los coeficientes termoeléctricos del plomo son bajos, en general no son cero. El coeficiente Thomson del plomo ha sido medido en un amplio rango de temperatura y ha sido integrado para calcular la potencia termoeléctrica absoluta (termopotencia) del plomo en función de la temperatura.

Diferente al plomo, los coeficientes termoeléctricos de todos los superconductores conocidos son cero[3].

II. Leyes de los Termopares.

II.1 Ley de los Metales Intermedios.

La suma algebraica de las fuerzas totales electromotrices en un circuito compuesto de un numero cualquiera de metales distintos es cero si todo el circuito esta a una temperatura uniforme. Esto significa que se puede intercalar un instrumento de medida sin añadir errores, siempre y cuando las nuevas uniones estén en la misma temperatura. El instrumento se puede intercalar en un conductor o en una unión. En el siguiente cuadro se dan las fuerzas electromotrices de diversos metales y aleaciones respecto al cobre, que es el elemento de conexión mas común en circuitos electrónicos. El elevado valor correspondiente al oxido de cobre indica claramente la necesidad de mantener los contactos limpios.

Figura II.1 Ley de los metales intermedios.

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Figura II.2 Fuerzas electromotrices.

Una definición de esta ley es que si se conoce la relación térmica de 2 metales distintos con un tercero, se puede encontrar la relación entre los 2 primeros. Por lo tanto, no hace falta calibrar todos los posibles pares de metales para conocer la temperatura correspondiente a la fuerza electromotriz total detectada con una par determinado. Basta con conocer sus comportamiento con un tercero. Se ha convenido en tomar el platino como referencia.

Figura II.3 Definición de la ley.

II.2 Ley de los circuitos Homogéneos.

En un circuito de un único metal homogéneo, no se puede mantener una corriente termoeléctrica mediante la aplicación excesiva de calor aunque se varié la sección transversal del conductor.

Figura 1.2.4 Ley de los circuitos homogéneos para termopares.

En la figura I.2.4 se presenta el significado de esta ley. En la figura I.2.4a las temperaturas T3 y T4 no cambian la fuerza electromotriz debida de T1 y T2. En particular, si T1=T2 y se calientan A o B, no fluye corriente alguna. En otras palabras, las temperaturas intermedias a que pueda estar sometido cada conductor no alteran las fuerzas

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totales electromotrices debida a una determinada diferencia de temperatura entre las uniones(figura I.2.4b). Sin embargo, esto no significa que si hay distintas temperaturas a lo largo de un circuito se tengan que emplear necesariamente hilos de extensión largos iguales a los del termopar. Se emplean los denominados cables de compensación, los cuales son de metales que , siendo mas económicos que los del termopar, no presentan fuerza electromotriz totales significativas. Son sin embargo, de 3 a 4 veces más caros que los cables de cobre.

II.3 Ley de las temperaturas sucesivas.

Si 2 metales homogéneos distintos producen una fuerza electromotriz total. E1 cuando las uniones están a T1 y T2 y una Fuerza electromotriz total E2 cuando las uniones están a T2 y T3 las fuerza electromotriz total cuando las uniones estén a T1 y T3 será E1 + E2. Esto significa, por ejemplo, que la unión de referencia no tiene por qué estar a 0°c sino que puede usarse otra temperatura de referencia.

Figura I.2.5 Ley de las temperaturas intermedias en circuitos de termopares.

Aplicando las leyes anteriores se puede analizar fácilmente circuitos como los de la figura I.2.6. En el caso a se trata de la conexión serie de varios termopares, constituyendo una termopila. Es fácil comprobar que aumenta la sensibilidad respecto al caso de un solo termopar. En el caso b la conexión es en paralelo, y se detecta la temperatura media si todos los termopares son lineales ene le margen de medida y tiene la misma resistencia[4].

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Figura I.2.6 Conexión de termopares en serie(a), -termopila- paralelo(b).

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III. Tipos de Termopares.

III.1 Tipos, rangos y Limites de error.

Hay 7 tipos de termopares conocidos como E, S, T, J, K, B y R su composición química varia y a continuación te la doy en una tabla:

 

Grupo I Metales nobles

platino platino 10% rodio conocido como Tipo S

platino platino 13% rodio conocido como Tipo R

Grupo II Metales Base

cobre constantano conocido como Tipo T

acero constantano conocido como Tipo J

cromel alumel conocido como Tipo K

cromel constantano conocido como Tipo E

 

Tipo B

Puede usarse en vacio o en atmosfera inerte o medianamente oxidante o reductora. este termopar posee la f.e.m mas alta por variación de temperatura y puede usarse para medir temperaturas entre -200 a +900ºc.

Tipo T

Tiene una elevada resistencia a la corrosión por humedad atmosférica o condensación y puede utilizarse en atmosferas oxidantes o reductora puede medir temperaturas entre -200 a +260ºc.

Tipo J

Es adecuado en atmosferas con escaso oxigeno libre. la oxidación de el hilo de hierro aumenta rápidamente por encima de 550ºc, siendo necesario un mayor diámetro del hilo hasta una temperatura limite de 750ºc.

Tipo K

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Se recomienda en atmosferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre 500 y 150ºc. No debe ser utilizado en atmosferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con un tubo de protección.

Tipo S, R y E

Se emplean en atmosferas oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 1500ºc. Si la atmosfera es reductora, el termopar debe protegerse con un tubo cerámico estanco.

El material del tubo de protección debe ser el adecuado para el proceso donde se aplique y suele ser de hierro o acero sin soldaduras, acero inoxidable, iconel, carburo de silicio, etc[4].

Tipos de termopares.

“J“ Hierro-Constantan -0 - 760 °C.“K“ Cromel-Alumel -200 + 1370 °C.“T“ Cobre-Constantan -200 + 350 °C.“E“ Cromel-Constantan -200 + 1250 °C.“R“ Platino-Platino-Rhodio 13% 0 + 1450 °C.“S“ Platino-Platino-Rhodio 10% 0 -1450 °C.“B“ Platino Rhodio 30% -Platino Rhodio 6%

0 -1700 °C.

Rangos de Temperatura.

Tipo de Termopar

Calibres AW6 - Expresados en Milímetros 8= 3.25 14=

1.63 20= 0.81 24= 0.51 28=0.33

J 760°C 590°C 480°C 370°C 320°C K 1260°C 1090°C 980°C 870°C 760°C T   370°C 260°C 200°C 150°C E 860°C 650°C 540°C 430°C 330°C R       1480°C  S       1480°C  B       1700°C  

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Limites de Error

Termopar Tipo

Temp. °C Grado Estándar * Grado Especial

J 0 a 350 ± 1.0 °C + 0.75% ±  0.5 °C 0.4% K 0 a 1250 ± 2.2 °C + 0.75% ±  1.1 °C 0.4% T 0 a 350 ± 1.0 °C + 0.75% ±  0.5 °C + 0.4% E 0 a 900 ± 1.7 °C + 0.5% ±  1.0 °C +0.4% R 0 a 1450 ± 1.5 °C +0.25% ±  0.6 °C + 0.1% S 0 a 1450 ± 1.5 °C + 0.25% ±  0.6 °C +0.1% B 870 a 1700 ± 0.5%  

III.2 Conectores de Termopares

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Figura III.1 Zondas y Conectores.

Figura III.2 Elementos de Termopar con Aislador Tipo Cerámico.

TIPO SENSOR:

"J" ( Hierro - Constantan )

"K" ( Cromel - Alumel )

"T" ( Cobre - Constantan )

"E" ( Cromel - Constantan )

"R" (Platino, Platino Rodio 13% )

"S" ( Platino, Platino Rodio 10% )

Calibre: 8 1 4", 16", 20", 24".

Figura III.3 Ensamble de Termopar.

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Tipo Sensor.

"J" ( Hierro-constantan ).

" K" ( Cromel-alumel ).

Conector Polarizado: Tipo Macho, Mini o Std.

Extension: Tubo flexible en acero inoxidable.

Material: Acero Inoxidable 304, 316.

Termopozo Roscado recto.

Tipo de cuerda, milimétrica (según muestra).

Figura III.4 Termopar de superficie tipo Imán.

Tipo sensor:

"J" ( Hierro-Constantan ).

"K" ( Cromel-Alumel ).

Termopar de compresión acoplado con iman en forma de "u". Extension: fibra de vidrio y malla de acero inoxidable.

Uso: superficies planas, superficies curvas, rango de -50 a 400 °C.

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Figura III.5 Inserto de Termopar.

Tipo sensor:

"J" ( Hierro-Constantan ).

"K" ( Cromel-Alumel ).

"T" ( Cobre-Constantan ).

"E" ( Cromel-Constantan ).

RTD PT-100 ohms 0 °C, PT-500 ohms 0 °C, PT-1000 ohms 0 °C. Block: tpo Cerámico 2, 3, 4 y 6 terminales.

Soporte en acero inoxidable.

Vástago: tubing en acero inoxidable 304-316.

Diámetros: 1/8, 3/16, ¼, 5/16, 3/8 3,4 y 6 mm.

Longitud: desde 1" hasta 100".

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Figura III.6 Termopar Portátil.

Tipo Sensor.

"J" ( Hierro-Constanatan ).

"K" ( Cromel-Alumel).

RTD PT-100 Ohms A 0 °C, PT-500 Ohms a 0 °C, PTt-1000 Ohms a 0 °C.

Extension: PVC 105 °C, TF 220°C malla en acero inoxidable.

Tubo Flexible en acero inoxidable.

Mango de Sujeccion: TF 220°C ó Aluminio.

Vástago: 1/8, 3/16, ¼, 5/16, 3, 4, 6 mm.

Longitud: desde 1" hasta 100".

Figura III.7 Ensamble completo de RTD - Termopar.

Tipo Sensor:

"J" ( Hierro-constantan ).

"K" (Cromel- Alumel ).

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"T" ( Cobre- Constantan ).

"E" ( Cromel- Constantan ).

RTD PT-100 Ohms 0 °C, PT-500 Ohms 0 °C, PT-1000 Ohms 0 °C. Cabeza: Roscada de Aluminio.

Block: Ceramico 2,3,4 Y 6 Terminales.

Conexión: Niple, Tuerca Union.

Niple Vástago: Tubing en Acero Inoxidable 304, 316 E Inconel. Diametros: 1/8, 3/16, ¼, 5/16, 3/8. 3,4 y 6 mm.

Longitudes: Desde 1" hasta 100".

Figura III.8 Termopar Ensamble.

Tipo Sensor.

"J" ( Hierro-Constantan ).

"K" ( Cromel-Alumel ).

Elemento: Sencillo 2 Hilos, Doble 4 Hilos

Calibre: 14, 8.

Funda Protectora: En acero inoxidable Tipo 304, 316 E Inconel. Longitud: 6", 12",18",24",30",36".

Cabeza: Roscada de Fierro. Rosca de Aluminio.

Diámetros: ¼, 3/8, ½, ¾.

Ced. 40 ó Ced. 80.

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Figura III.9 Elemento de termopar tipo R.

Con barra aisladora de cerámica (platino -platino RH 13%) y bornes de conexion.

Se puede fabricar en tipo S ( platino-platino rh 10% )

Opcional. Se suministra con ceramica de alox (alumina pura).

Figura III.10 Termopar de tipo K calibre 8.

Con pierna fria en hierro fundido y pierna fria en acero al carbon.

Cabeza de aluminio o fierro tipo roscada.

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Figura III.11 Termopar tipo K.

Con funda de ceramica de 17mm de diametro, conexion a proceso de ¾ NPT y conector macho estandar.

Se puede fabricar con elemento tipo R ( platino – platino RH 13 % ), tipo S ( platino – platino RH 10 % )

Suministro opcional en cerámica de alox (alumina pura)[5].

 

 

 

 

 

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Figura III.12 Coeficientes de temperatura de cada temperatura y su sensibilidad.

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Figura III.13 Colores y polaridad de IEC 584 y ANSI 43710

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IV. Compensación.

Para aplicar el efecto Seebeck a la medida de temperaturas, es necesario mantener una de las uniones a una temperatura de referencia. Una solución consiste en disponer la unión de referencia en hielo fundente, tal como se indica en la Figura IV.1. Es una solución de gran exactitud y facilidad de montaje, pero es de difícil mantenimiento y coste alto. Se puede mantener también la unión de referencia a una temperatura constante a base de emplear un refrigerador Peltier o un horno termostato. Pero, en cualquier caso, debe usarse mucho hilo de uno de los 2 metales del termopar, y esto encarece la solución[6].

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Figura IV.1 Medida de temperatura mediante termopares con una unión a temperatura de referencia constante.

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IV.1 Circuitos de Compensación.

IV.1.1Circuito de acondicionamiento empleado para la termopar basado en un amplificador.

Se basa en el amplificador para instrumentación fabricado por Analog Devices ; elAD620 es un amplificador sencillo y bajo costo, de fácil uso, bajo ruido, buen ancho de banda (120 kHz) y utilizado ampliamente en diversas aplicaciones.

Figura IV.1 Circuito acondicionador para el amplificador de instrumentación AD620 para entrada de termopares.

Para la medición de la temperatura de referencia (ambiente) se utilizó un sensor de precisión, LM35 (National Semiconductor ). El LM35 es un circuito integrado con un voltaje de salida linealmente proporcional a la temperatura en escala Celsius. No requiere calibración externa y proporciona una alta precisión en su rango de temperatura de – 55 a 150 ºC, posee un factor de escala de 10 mV/ºC, lo que facilita su utilización en la obtención directa de la temperatura a partir del voltaje de salida. En el circuito del acondicionamiento (Figura IV.1) la alimentación del amplificador fue de ±12 V y se seleccionó un valor de RG de 49,4 Ω para obtener una ganancia de 1000, de acuerdo a la relación suministrada por Analog Devices para el AD620:

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IV.1.2 Circuito Integrado para la compensación fría.

Existen en el mercado circuitos completos que realizan todas las etapas del acondicionamiento de la señal, el AD594 (Analog Devices), Figura IV.2 es un amplificador de instrumentación que realiza la compensación de temperatura en la juntura de la termopar (punto de hielo) produce un nivel de salida de voltaje alto a partir de la señal proveniente de la termopar, con una proporcionalidad lineal de salida, de factor 10 mV/ºC; con lo cual para conocer la temperatura en la termopar tipo J 1, basta multiplicar por el valor del factor de escala 100 ºC/V[7].

Figura IV.2 Conexión para el AD594 con una sola fuente de alimentación.

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V; Conclusión.

Es un de los sensores más interesantes que hay en la actualidad pro su fácil principio y más aun que con solo 2 metales se puede formar un termopar y la variedad de ellos depende del rango y están muy bien establecidos en la industria.

A pesar de que no son baratos hay para cualquier tipo de aplicación y en un sistema de adquisición de datos son muy importantes para el manejo de temperatura.

Su compensación puede ser un poco el problema pero con los circuitos que existen ahora es muy fácil de hacer y la precisión mejora sin duda uno de los más grandes descubrimientos de la electrónica y la física.

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IV. Bibliografía.

[1] Silvia Medrano Guerrero <<Termopares>>, Mayo 2008.

[2] Ramón Pallas Areny << Sensores y Acondicionadores de Señal>>, Enero 2006

[3] Graciela Azaroni << Introducción a los Sensores>>. Junio 2007

[4] Jofe Soga << Todo sobre Termopares>>, http://jofesoga.galeon.com/, Agosto 2012

[5] Omega << Termopares, sondas y sensores de termopar>> http://es.omega.com/prodinfo/termopares_es.html, Mayo 2007

[6] Termo kew << Termopares>> http://www.termokew.mx/termopares.php, Noviembre 2013

[7] Analog Device << Compensador de unión fría>> Agosto 2005.

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