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Control & Instrumentación









? 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 (efectoSeebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta 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 termocuplasindustriales se consiguen encapsuladas dentro de 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 ).



Tipos de termocuplas




Usos típicos en la industria
Existen una infinidad de tipos de termocuplas, en la tabla aparecen algunas de las más comunes, pero casiel 90% de las termocuplas utilizadas són del tipo J ó del tipo K.



Las termocuplas tipo J se usan principálmente en la industria del plástico, goma (extrusión e inyección ) y fundición de metales a bajas temperaturas (Zamac, Aluminio).


Nota Técnica 2, rev. b, http://www.arian.cl 1La 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 casi exclusívamente 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 +
Cable -

Rango
Volts

Aleación
Aleación

(Min, Max)
Max



°C
mV

J Hierro cobre/nickel (-180, 750) 42.2

K Nickel/cromo Nickel/alumnio (-180, 1372) 54.8

T
Cobre
cobre/nickel
(-250, 400)
20.8

R

87% Platino
13% Rhodio

100% Platino

(0, 1767)

21.09

S

90% Platino
10% Rhodio

100% Platino(0, 1767)

18.68

B

70% Platino
30% Rhodio

94% Platino
6% Rhodio

(0, 1820)

13.814

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 a mostrar la lectura, efectuar la linealización,
es decir tomar el voltaje y conociendo el tipo de termocupla, ver en tablas internas a quetemperatura corresponde este voltaje.






50 mV




25 mV




500 ˚ C 1000 ˚ C 1500 ˚ C
"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 que empalmar los cables de la termocupla con un conductor normal de cobre.

En ese punto se producirán dós nuevas termocuplas con el cobrecomo metal para ambas, generando cada una un voltaje prorcional a la temperatura de ambiente ( Ta ) en el punto del empalme.

Metal A
T



Metal B
Cobre




Cobre



T ) - V ( Ta )


Antíguamente se solucionaba este problema colocando los empalmes en un baño de hielo a cero grados para que generen cero voltaje (Ta
= 0 y luego V(Ta) = 0 ).


Actuálmente todos los instrumentos modernos miden latemperatura 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 instrumento pues ahí está el sensor de temperatura. De modo que es necesario llegar con el cable de la termocupla hasta el mismo instrumento.







La...