Termocuplas

Calibración de una termocupla de Chromel - Alumel
Patricia Martínez - Marcelo Azuaga
Laboratorio IV - Dpto. de Física - UBA 1997
Las termocuplas son ,tal vez, los sensores de temperatura más usados en
la actividad científica y en la industria.
En lo que sigue, mostraremos como se procedió a calibrar una
termocupla de Chromel - Alumel en el rango de -114 ºC a 327ºC. La
idea básica consistióen medir las diferencias de potencial originadas
principalmente por efecto Seebeck, para ciertas temperaturas fijas
correspondientes a puntos de fusión de sustancias conocidas y construir
un gráfico de calibración.
I - FUNDAMENTOS TEORICOS :
Una termocupla es un transductor de temperatura, es decir, un dispositivo que traduce una
magnitud física en una señal eléctrica. Está compuesta pordos alambres de metales diferentes,
los que unidos convenientemente generan entre sus extremos libres una diferencia de potencial
proporcional a la diferencia de temperatura entre ellos. Su funcionamiento, se basa en un
descubrimiento hecho por Seebeck en 1821: si se sueldan dos metales diferentes, cuyos extremos
están a distintas temperaturas, aparece una f.e.m. (llamada f.e.m Seebeck)1Posteriormente, se mostró que esta f.e.m proviene en realidad de dos efectos diferentes:
• Uno resultante sólo del contacto entre dos metales disímiles y la temperatura de dicha unión.
Este es el llamado “Efecto Peltier” y es debido a la difusión de electrones desde el conductor
con mayor densidad electrónica al de menor densidad.1
• Otro, debido a los gradientes de temperatura a lo largo de losconductores en el circuito. Este
es el llamado “Efecto Thompson” y es debido al flujo de calor entre los extremos de los
conductores, que es transportado por los electrones, induciendo entonces una f.e.m. entre los
extremos de los mismos.1
En la mayoría de los casos, la f.e.m. Thompson es bastante pequeña en comparación con la f.e.m.
Peltier y, dependiendo de los materiales elegidos para latermocupla, la f.e.m. Thompson puede
ser despreciada.
Históricamente, se llamó efecto Seebeck a la combinación de los efectos Thompson y Peltier.
En realidad, esto sería así si no hubiera gradientes de temperatura en la zona aledaña a las
uniones de la termocupla. Sin embargo, éste efecto de tipo espacial se manifiesta, por ejemplo
cuando la termocupla está en presencia de un campo magnético. Engeneral, se considera el
efecto del campo sobre la f.e.m. desarrollada en las uniones solamente ; sin embargo los
gradientes de temperaturas generados a lo largo de los cables, son responsables de diferencias de
potencial que en algunos casos son más que apreciables y deben ser tenidos en cuenta.3
En la mayoría de los casos, considerar los efectos Peltier y Thompson sumados es aceptable
comouna buena aproximación del efecto Seebeck.
Debemos mencionar también, que la inserción de un metal intermedio en el circuito de una
termocupla no afecta la f.e.m. neta, si las dos uniones con el tercer metal se mantienen a la misma
temperatura.
La mayoría de las tablas sobre termocuplas dan valores de voltajes en función de la temperatura.
Calibración de una termocupla de Chromel - Alumel-Patricia Martínez y Marcelo Azuaga

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Sin embargo, existen tablas que dan valores del coeficiente Seebeck en función de la temperatura.
Veamos la relación existente entre el voltaje Seebeck y el coeficiente Seebeck.
Definimos al coeficiente Seebeck como el cociente entre el voltaje generado en la termocupla
(∆V) por una pequeña diferencia de temperatura (∆T) entre sus extremos y dichadiferencia de
temperatura.2
Para cada metal, es posible determinar su coeficiente Seebeck absoluto formando una cupla con
un metal de referencia. Por convención, el signo de dicho coeficiente se dice positivo, si la
corriente inducida fluye hacia el metal de referencia. Podemos ver en la figura 1, las curvas para
los coeficientes Seebeck del Chromel y del Alumel usados en la termocupla a...