Laboratorio Medicion Termopares (Instrumentacion)

Universidad de Carabobo
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Mecánica
Dpto. Diseño y Automatización
Cátedra: Instrumentación Industrial
Lab. Instrumentación Industrial









PRACTICA Nº5
MEDICIÓN DE TEMPERATURA CON TERMOPARES





























Junio de 2010

1. Introducción

Esta práctica se realiza usando un horno auna temperatura constante y usando varios termopares de distintos materiales; se utiliza un tester para medir el voltaje que genera el termopar y se lleva a cálculos con sus respectivos rangos en la tabla.
Los termopares son unos de los sensores más comunes empleados en la medición de temperatura, ya que son relativamente económicos brindando exactitud y además pueden operar sobre un ampliorango de temperaturas. Una termocupla se crea siempre que dos metales diferentes se tocan y el punto de contacto produce un pequeño voltaje en circuito abierto como una función de la temperatura. Este voltaje termoeléctrico se conoce como el voltaje de Seebeck, en honor a Thomas Seebeck, quien lo descubrió en el año de 1821.


2.- Marco Teórico
Para entender mejor cómo realizar una medicióncon un termopar, usted primero debe entender cómo funciona ésta. La primera parte de esta sección explica la teoría básica sobre las termopares, mientras la última parte describe cómo realizar la conexión de la termopar a un instrumento y como hacer la medición de temperatura.
Para medir el voltaje de Seebeck en un termopar, usted no puede simplemente conectar el termopar a un voltímetro u otrosistema de medición, ya que la conexión de los cables del termopar con el sistema de medición crea circuitos termoeléctricos adicionales.
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Figura 1. Termopar Tipo J

Considere el circuito mostrado en la Figura 1, en el cual un termopar tipo J se encuentra en la llama de una vela, que es la temperatura que se desea medir. Los dos cables de la termopar están conectados a los cables de cobreque van hacia el dispositivo de adquisición de datos. Observe que el circuito posee tres uniones diferentes de metales J1, J2 y J3. J1, la unión del termopar, genera un voltaje de Seebeck proporcional a la temperatura en la llama de la vela. J2 y J3 poseen individualmente su propio coeficiente de Seebeck y generan su propio voltaje termoeléctrico que es proporcional a la temperatura de losterminales de adquisición de datos. Para determinar la contribución en el voltaje por J1, usted requiere conocer las temperaturas de las uniones J2 y J3 así como las relaciones voltaje a temperatura de estas uniones.

Entonces usted podrá sustraer las contribuciones de las uniones parásitas J2 y J3 del voltaje medido para la unión J1. Las termopares requieren alguna forma de temperatura dereferencia para compensar las uniones en “frío” parásitas no deseadas. El método más común es medir la temperatura en la unión de referencia con un sensor de temperatura de lectura directa y sustraer las contribuciones de voltaje de las uniones parásitas. Este proceso se denomina compensación por unión-en-frío. Usted puede simplificar el cálculo de compensación por unión-en-frío aprovechando algunascaracterísticas de los termopares. Usando la Ley de termopar para Metales Intermedios y tomando algunas suposiciones simples, usted puede ver que el voltaje medido por un sistema de adquisición de datos depende únicamente del tipo del termopar, del voltaje en el termopar y la temperatura de la unión-en-frío.

El voltaje medido es independiente de la compensación de los cables de medición y de lasuniones-en-frío, J2 y J3.De acuerdo con la Ley de termopar para Metales Intermedios, que se ilustra en la Figura 2, al insertar cualquier tipo de cable dentro del circuito de una termopar no se tiene efecto en la salida siempre y cuando ambos terminales del cable estén a la misma temperatura, es decir, sean isotérmicos.








Figura 2. Ley de termopar para Metales Intermedios
Considere...