termopares

TEORÍA DE TERMOPARES
DESCRIPCIÓN DE TEMPERATURA Y TERMOPAR
La temperatura es una medición de la energía cinética promedio de las partículas en una muestra de materia, que se expresa en unidades de grados o en una escala estándar. Usted puede realizar mediciones de temperatura de muchas formas diferentes, que varían con la exactitud y costo del equipo.
Los termopares son unos de los sensoresmás comunes empleados en la medición de temperatura, ya que son relativamente económicos brindando exactitud y además pueden operar sobre un amplio rango 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 voltajede Seebeck, en honor a Thomas Seebeck, quien lo descubrió en el año de 1821. El voltaje es no lineal con respecto a la temperatura. Sin embargo, para pequeños cambios en temperatura, el voltaje es aproximadamente lineal, es decir

Donde ΔV es el cambio en el voltaje, S es el coeficiente de Seebeck y dT es el cambio en la temperatura.
Están disponibles muchos tipos de termopares que se designanmediante letras mayúsculas que indican la composición de acuerdo con las convenciones del American National Standards Institute (ANSI). Por ejemplo, un termopar tipo-J posee un conductor de hierro y uno de constantan (una aleación de cobre-níquel). Otros tipos de termopares son las B, E, K, N, R, S y T.
CÓMO REALIZAR UNA MEDICIÓN CON UN TERMOPAR
Marco Teórico
Para entender mejor cómo realizaruna medición con una termopar, usted primero debe entender cómo funciona ésta. La primera parte de esta sección explica la teoría básica sobre los 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 la termopar a unvoltímetro u otro sistema de medición, ya que la conexión de los cables de la termopar con el sistema de medición crea circuitos termoeléctricos adicionales.



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 alos cables de cobre que 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 latemperatura de los terminales 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 detemperatura de referencia 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-fríoaprovechando algunas características 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...