Termopares: La ciencia de la Termometría

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¿Qué es el termopar?

Los termopares consisten en dos hilos metálicos de diferentes materiales, unidos en un extremo. Esta unión constituye el punto de medición (junta caliente, hot junction). El otro extremo se llama junta fría (cold junction).

El calentamiento de la junta de medición provoca una tensión eléctrica, aproximadamente proporcional a la temperatura. (Efecto termoeléctrico, efecto Seebeck). Esta tensión (fuerza electromotriz F.E.M.) se debe a dos factores: la densidad de electrodos diferentes de los dos materiales y de la diferencia de temperatura entre punto caliente y punto frío.

Esto significa que un termopar no mide la temperatura absoluta sino la temperatura diferencial entre:

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T1 junta caliente (hot junction)
T2 junta fría (cold junction)

 

Dado que la medición de la tensión eléctrica se suele realizar en temperatura ambiental, el valor de tensión indicaría un valor de temperatura demasiado bajo ya que se resta la temperatura ambiental. Para mantener el valor para la temperatura absoluta se aplica la “compensación de la junta fría”.

news_termopar1En el pasado (en algunos laboratorios de calibración todavía hoy en día), se efectuaba esta compensación mediante la inmersión de la punta fría en un baño con hielo.

En los instrumentos modernos con entrada de termopares (p.ej. transmisores, medidores portátiles o instrumentos para montaje en panel etc. ) se incorpora una compensación electrónica de la junta fría.

Cada metal tiene una electronegatividad específica. (Electronegatividad = tendencia de los átomos de atraer o emitir los electrones)

Para alcanzar una máxima tensión termal se aplican combinaciones específicas de materiales para crear termopares con electronegatividades muy diferentes. Estas combinaciones de materiales tienen ciertas limitaciones – debidos por ejemplo a la temperatura máxima de aplicación.

Los siguientes normas definen los termopares:

IEC 60584-1: Termopares: valores básicos de las tensiones térmicas
IEC 60584-2: Termopares: desviaciones límite de las tensiones térmicas
IEC 60584-3: Termopares: Cables de termopar y cables de compensación

ASTM E230:

Tablas con especificación estándar y fuerza electromotriz (F.E.M.) para termopares normalizados.

¿Qué tipos de termopares hay?

Los termopares están disponibles en diferentes combinaciones de metales o calibraciones para adaptarse a diferentes aplicaciones. Los tres más comunes son las calibraciones tipo J, K y T, de los cuales el termopar tipo K es el más popular debido a su amplio rango de temperaturas y bajo costo. El termopar tipo K tiene un conductor positivo de níquel-cromo y un conductor negativo de níquel-aluminio.

Existen calibraciones tipo R, S, B, G, C y D para alta temperatura que ofrecen un rendimiento de hasta 2320 ° C. Estos están hechos de metales preciosos (platino / rodio y tungsteno / renio) y por lo tanto son relativamente caros.

Cada calibración tiene un rango de temperatura y un entorno de trabajo diferente. Aunque la calibración del termopar dicta la gama de temperaturas, el alcance máximo también está limitado por el diámetro del cable del termopar. Es decir, puede ser que un termopar muy delgado no logre alcanzar el rango de temperatura deseado.

Nuestra Guía de temperaturas máximas para termopares muestra las temperaturas máximas para cada tipo de termopar y diámetro de alambre. Esta guía también proporciona los límites superiores de temperatura para sondas de termopar con aislamiento mineral en diámetros comunes de vaina.

¿Cómo elegir un tipo de termopar?

Sonda termopar de unión de transición Debido a que los termopares miden en rangos de temperatura muy amplios y son relativamente resistentes, los termopares se utilizan muy a menudo en la industria. Los siguientes criterios son utilizados en la selección de un termopar:

  • Rango de temperatura
  • La resistencia química del termopar o material de vaina
  • Resistencia de abrasión y vibración
  • Requisitos de instalación (es posible que tengan que ser compatibles con equipos existentes; los agujeros existentes pueden determinar el diámetro de la sonda)
Cuadros de referencia

El termopar produce una salida de tensión que puede ser correlacionada con la temperatura que el termopar está midiendo. Los documentos en el cuadro siguiente proporcionan las tolerancias y la temperatura correspondiente a un tipo de termopar determinado. La mayoría de los documentos también proporcionan el intervalo de temperatura del termopar, los límites de error y las condiciones ambientales.

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