El termopar
El termopar es un dispositivo termoeléctrico que se utiliza para medir la temperatura y es ampliamente utilizado en aplicaciones industriales ya que permite detectar la temperatura de manera remota para transmitir la señal a cierta distancia y usando transmisores para monitorear y controlar un proceso. El termopar amplifica, aísla y convierte las señales de bajo nivel para el monitoreo de temperatura y la retransmisión, sin embargo, la interfaz entre este dispositivo y los instrumentos de acoplamiento suele entenderse mal, lo que provoca errores de medición. Es precisamente por esto que decidimos hablar sobre aspectos de conectividad de un termopar y transmisores de temperatura que pueden extenderse para incluir la conexión a cualquier tipo de instrumento de medición de temperatura.
Un termopar se forma con un par de diferentes cables metálicos unidos en un extremo en lo que se denomina unión caliente. En el extremo abierto opuesto del par de cables, es decir en su unión fría o de referencia, se puede medir un voltaje de bajo nivel proporcional a la diferencia de temperatura entre los extremos. De los sensores de temperatura disponibles, el termopar TC tiene la gama de aplicaciones más amplia que brinda mediciones precisas de temperaturas extremas en entornos hostiles y es por ello por lo que recibe amplio uso.
Medición de la temperatura con un termopar
Para extraer la temperatura del extremo caliente del termopar, que arroja un voltaje medido relacionado con la diferencia, es necesario medir la temperatura en el extremo abierto para determinar la temperatura en la unión caliente. Debido a que el voltaje no es lineal con la temperatura, su conversión de voltaje a temperatura normalmente requiere un polinomio complejo específico para el tipo de termopar empleado o usar una tabla estandarizada de voltaje versus temperatura.
Originalmente, el voltaje se tabulaba mientras sostenía su unión de referencia en un baño de hielo correspondiente a 0 °C, de ello que se le llame unión fría. Los termopares modernos todavía se refieren a una unión fría de 0 °C con su tabla estándar que tabula el voltaje de salida sobre la temperatura con respecto a 0.000 mV a 0 ° C. El uso de tablas TC estándar y una corrección simple puede reducir esta conversión polinómica de voltaje a temperatura a una combinación de voltaje medido y tabulado, por lo que puede ser recomendable recurrir a esta opción.
Principios termoeléctricos
Para aplicar correctamente un termopar a la medición de temperatura, es importante comprender tres principios termoeléctricos que rigen su comportamiento y que proporcionan pistas importantes para acondicionarlos adecuadamente. El primer principio básico es La ley de los materiales homogéneos: una corriente termoeléctrica no puede mantenerse en un circuito compuesto de un solo material homogéneo mediante la aplicación de calor solo e independientemente de cómo el material puede variar en la sección transversal.
- No fluye corriente en un circuito conductor por la aplicación de calor solo cuando está hecho de un solo metal.
- Se requieren dos metales diferentes para formar un termopar.
- El tamaño o calibre del cable no afecta el voltaje producido.
- El voltaje producido es independiente de las variaciones de temperatura a lo largo de la ruta.
El termopar produce una diferencia de voltaje entre los extremos independientemente de la distribución de temperatura a lo largo de su longitud, lo que le permite pasar cables a través de áreas frías y calientes sin afectar su medición si el material se mantiene constante a lo largo de la ruta.
El segundo principio que rige el comportamiento de un termopar es la Ley de materiales intermedios: la suma algebraica del campo electromagnético en un circuito compuesto por cualquier número de materiales diferentes es cero si todas las uniones se mantienen a una temperatura uniforme.
Si se usa un metal diferente al material de termopar para conectar uno o ambos cables, el voltaje medido no se verá afectado si el metal diferente se mantiene a la misma temperatura durante su transición o es isotérmico.
Al extender el principio a la unión fría en el extremo abierto de un circuito donde se toma la medición, puede considerarse isotérmico cuando su temperatura combinada permanece constante, generalmente después de un período de intercambio de calor con su entorno donde su temperatura puede ajustarse lentamente con el tiempo antes de alcanzar finalmente el equilibrio térmico.
El tercer principio que rige el comportamiento de TC nos ayuda a combinar matemáticamente los voltajes de utilizando valores tabulados estándar tomados con respecto a la misma referencia que se conoce como «La ley de temperaturas sucesivas o intermedias», que dice que si dos materiales homogéneos distintos producen un voltaje termoeléctrico V1 cuando sus uniones están en T1 y T2, luego producen voltaje termoeléctrico V2 cuando las uniones están en T2 y T3, posteriormente el voltaje producido cuando las uniones están en T1 y T3 será V1 + V2, siempre y cuando T1 <T2 <T3.
El comportamiento de un tipo de termopar conectado a un transmisor de temperatura normalmente se caracteriza por un polinomio de quinto o mayor orden utilizado para calcular su voltaje versus temperatura en su tabla estándar. La Ley de Temperaturas Sucesivas o Intermedias permite usar las tablas estándar para lograr la compensación de la unión fría de una medición restando el voltaje de la temperatura de la unión fría del voltaje medido producido para obtener el voltaje real que corresponde al extremo caliente del circuito.
Estas son sólo algunos de los aspectos básicos a tener en consideración para la medición y control de temperatura utilizando un sistema de conexión de termopar con un transmisor. En futuras publicaciones en este blog encontrarán más información sobre los aspectos que deben tenerse en consideración para reducir de manera efectiva para minimizar errores en la medición de esta parámetro que es fundamental para numerosos procesos clave.
Para solicitar información detallada acerca de las opciones de transmisor de temperatura y termopar que en JM Industrial ponemos a su alcance, pónganse en contacto con nosotros a los teléfonos (55) 3548 0321, (55) 35480322, (55) 7160 0129 o (55) 7160 0139, con gusto los atenderemos y asesoraremos en la selección de los dispositivos que se adapten mejor a sus necesidades.