Termocouplas

? Que són y como funcionan las termocuplas ?

Que es una termocupla ?

Las termocuplas són el sensor de temperatura más común utilizado industriálmente. Una termocupla se hace con dós alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generálmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cualaumenta con la temperatura. Por ejemplo, una termocupla "tipo J" está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán (aleación de cobre y nickel) Al colocar la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los extremos 42.2 milivolts.
Hierro ( Fe )
Unión a 750 ˚C Constantan (cobre - nickel)

+

42,2 mV
-

Normálmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentrode un tubo de acero inoxidable ú otro material (vaina) , en un extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protejido adentro de una caja redonda de aluminio ( cabezal ). Existen una infinidad de tipos de termocuplas, en la tabla aparecen algunas de las más comunes, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas són del tipo J ó del tipo K. Las termocuplas tipo J se usanprincipálmente en la industria del plástico, goma (extrusión e inyección ) y fundición de metales a bajas temperaturas (Zamac, Aluminio).
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Tipos de termocuplas

Usos típicos en la industria

La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos. Las termocuplas R, S, B se usan casiexclusívamente en la industria siderúrgica (fundición de acero) Finálmente las tipo T eran usadas hace algún tiempo en la industria de alimentos, pero hán sido desplazadas en esta aplicación por los Pt100 (ver la nota técnica 4).

Tc

Cable + Aleación Hierro

Cable Aleación cobre/nickel

°C (-180, 750)

Rango (Min, Max) mV 42.2

Volts Max

J K T R S B

Nickel/cromo Nickel/alumnio Cobrecobre/nickel

(-180, 1372) 54.8 (-250, 400) (0, 1767) (0, 1767) (0, 1820) 20.8 21.09 18.68 13.814

87% Platino 100% Platino 13% Rhodio 90% Platino 100% Platino 10% Rhodio 70% Platino 94% Platino 30% Rhodio 6% Rhodio

Linealización

La dependencia entre el voltaje entregado por la termocupla y la temperatura no es lineal ( no es una recta ) , es deber del intrumento electrónico destinado amostrar la lectura, efectuar la linealización, es decir tomar el voltaje y conociendo el tipo de termocupla, ver en tablas internas a que temperatura corresponde este voltaje.

50 mV

25 mV

500 ˚C

1000 ˚C

1500 ˚C
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"Compensación de cero"

El principal inconveniente de las termocuplas es su necesidad de "compensación de cero". Esto se debe a que en algún punto, habrá queempalmar los cables de la termocupla con un conductor normal de cobre. En ese punto se producirán dós nuevas termocuplas con el cobre como metal para ambas, generando cada una un voltaje prorcional a la temperatura de ambiente ( Ta ) en el punto del empalme.
Metal A

Ta

Cobre
V = V ( T ) - V ( Ta )

T
Metal B Cobre

Antíguamente se solucionaba este problema colocando los empalmes en un bañode hielo a cero grados para que generen cero voltaje (Ta = 0 y luego V(Ta) = 0 ). Actuálmente todos los instrumentos modernos miden la temperatura en ese punto (mediante un sensor de temperatura adicional ) y la suman para crear la compensación y obtener así la temperatura real. El punto de empalme (llamado "unión ó juntura de referencia") es siempre en el conector a la entrada del instrumentopues ahí está el sensor de temperatura. De modo que es necesario llegar con el cable de la termocupla hasta el mismo instrumento.

La termocupla, hecha de metal A y metal B está sometida a una temperatura T. En los extremos de la termocupla se coloca un voltímetro con puntas de prueba de cobre a temperatura de ambiente Ta. Recorriendo el circuito se encuentra el voltaje V que marca el voltímetro:...