Termopar y termostato

ANTECEDENTES
Termopar

El termopar es uno de los sensores más comunes y simples usados para determinar la temperatura de los procesos. Un termopar es un dispositivo para la medición de temperatura, basado en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por dos conductores de metales diferentes, tales como alambres de hierro y Constatan (es una aleación, generalmente formada por un 55%de cobre y un 45% de níquel (Cu55Ni45), unidos en sus extremos y entre cuyas uniones existe una diferencia de temperatura, que origina una fuerza electromotriz efecto Seebeck. El efecto Seebeck es el principio en el cual se basa la medición de temperatura utilizando termopares.

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

La “Unión de Medición” o “Unión Caliente” es el extremo que se coloca en el medio cuya temperatura se quiere medir. La “Unión de Referencia” o “Unión Fría” es el extremo del termopar que se conecta a losterminales del instrumento de medición.

Leyes del termopar:

Ley del Circuito Homogéneo:
Si el termopar es formado por termoelementos homogéneos, el valor de la fuerza electromotriz generada depende solamente de la diferencia de temperatura entre la unión de medición y la unión de referencia.

Ley de las Temperaturas Intermedias:
La FEM generada por un termopar con sus uniones a las temperaturasT1 y T3 es la suma algebraica de la FEM del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la FEM del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3.

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Ley de Metales Intermedios:
En un circuito formado por dos metales homogéneos diferentes, que tienen las dos uniones a diferentes temperaturas, la FEM desarrollada no es afectada cuando un tercer metal homogéneo se agrega alcircuito, siempre y cuando las temperaturas de sus dos uniones sea la misma, es decir, que su temperatura permanezca constante.

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➢ Generalmente un termopar se utiliza
➢ Cuando la temperatura excede 400 °c
➢ Cuando se requiere un tiempo de respuesta rápido
➢ Cuando el lugar de medida requiere un termómetro muy Pequeño o delgado (< 1 mm )
➢ Cuando se espera choques ovibraciones

Medición en los termopares

Los termopares se basan en el efecto descubierto por Sir Thomas Seebeck: en un circuito formado por dos metales distintos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, aparece una corriente eléctrica.

Se produce una conversión de energía térmica en energía eléctrica, o bien, si se abre el circuito, en una fuerza termo-electromotriz (f.t.e.m)que depende de los metales y de la diferencia de temperatura entre las uniones:

eAB = aT

Donde a es el coeficiente de Seebeck y T la temperatura absoluta. a representa la variación de tensión producida por la variación de 1º de temperatura para cada par de materiales. Así para el hierro-constantan a es de 0,0828mV por grado.

Todos los pares demetales diferentes presentan este efecto.

No podemos medir directamente la tensión de Seebeck de un termopar, ya que al conectarle un voltímetro, los cables de conexión crean una nueva unión termoeléctrica.

- Al medir con un voltímetro la tensión de los termopares siempre, inevitablemente, se forman dos nuevas uniones termoeléctricas de metales diferentes.

- Para deducir latemperatura de una unión mediante la tensión termoeléctrica hay que tener la otra unión a una temperatura conocida o de referencia.

El termopar empleado en esta explicación es un caso muy particular, ya que supone que el cobre de dicho transductor es el mismo que el de los terminales del voltímetro. Si se utiliza un termopar tipo J (Hierro-Constantan), que es el que se emplea en la...