El sensor de temperatura termopar debe su éxito a su gran versatilidad. Le permite crear sondas térmicas adecuadas para muchas áreas de aplicación. El funcionamiento del termopar se basa en un fenómeno llamado efecto termoeléctrico Seebeck, teorizado por el físico del mismo nombre. La temperatura se deduce del nivel de voltaje eléctrico generado por el cambio de temperatura dentro del termopar. Pero, ¿cuál es exactamente el mecanismo de funcionamiento de los termopares? A continuación te damos algunas claves para comprender mejor los secretos de la sonda de temperatura y ayudarte a elegir la que se adapta a tus necesidades.
El funcionamiento de los termopares se basa en la tensión termoeléctrica
Un termopar es un sensor para diversos campos (industria, química, industria alimentaria, etc.) y en diversos entornos para medir la temperatura. Contiene dos cables conductores de metal o aleación de metales de diferentes tipos.
El principio de funcionamiento de los termopares
Estos cables están conectados mediante dos tipos de soldadura, el punto caliente y el punto frío. El punto caliente está en dirección al entorno cuya temperatura queremos medir. La soldadura en caliente suele tener protección mediante una funda metálica. Con el fin de evitar que sea degradado por el entorno en el que se encuentra. El punto frío debe permanecer a una temperatura conocida. Durante la medición de la temperatura, la unión fría se puede mantener a una temperatura precisa mediante un mecanismo de refrigeración. También es posible medir su temperatura y luego realizar un cálculo diferencial.
Cuando el punto caliente del termopar se expone al calor o al frío, la densidad electrónica de cada cable metálico cambia. Las variaciones de temperatura inducen una dinamización de los electrones, que luego se desplazarán hacia el lado más frío de los hilos conductores. Usamos equipos de medición para evaluar esta fuerza electromotriz. Mide la corriente que ingresa a la caja registradora por los extremos de cada uno de los dos cables. Algunos dispositivos muestran el voltaje, otros muestran la temperatura calculada según las características específicas del termopar.
Precauciones a tomar para el funcionamiento óptimo de los termopares
Si los dos hilos metálicos están soldados y no entrelazados, por ejemplo, es para garantizar que el contacto se mantenga a pesar de las condiciones externas como las vibraciones. Existen varias técnicas de unión: soldadura de estaño, soldadura de plata, soldadura eléctrica, etc. La soldadura no debe realizarse a una temperatura demasiado alta para no alterar los hilos de aleación, lo que modificaría el funcionamiento del termopar.
Al ser muy débil, puede suceder que la interferencia eléctrica altere la señal del termopar. Un motor ruidoso ubicado cerca de la sonda de temperatura también puede interferir con el funcionamiento del termopar y así distorsionar los resultados. Entonces puede que sea necesario calibrarlo nuevamente.
Es fundamental utilizar el tipo correcto de termopar y revestimiento adecuado para el medio que se va a medir. Puede ocurrir un fenómeno de descalibración cuando elementos externos, como una temperatura demasiado alta, causan la difusión de partículas metálicas en los metales del termopar. La mala calibración también puede deberse al desgaste de la funda aislante, provocando el contacto entre los dos cables.
¿Cómo elegir su termopar?
La elección de los termopares depende del rango de medición de temperatura en grados Celsius del medio a medir y del tiempo de respuesta esperado.
El rango de temperatura objetivo y el tiempo de respuesta
En teoría, se pueden combinar todo tipo de aleaciones metálicas para formar un termopar. Sin embargo, se utilizan principalmente 8 tipos de termopares. Son objeto de una norma europea y aparecen en una clasificación según las combinaciones de metales que los componen. Los tipos J, K, T y E son los más comunes gracias a su precio moderado y sus múltiples aplicaciones. Permiten medir altas temperaturas. Los termopares tipos R, S y B se utilizan para medir temperaturas muy altas. Contienen metales nobles, de ahí su precio de compra más elevado.
Para evitar resultados falsos, es fundamental utilizar el tipo correcto de termopar según su aplicación. De hecho, cada uno de estos tipos tiene sus propias características, como el rango de medición de temperatura que ofrece un funcionamiento óptimo del termopar. Por lo tanto, para obtener los datos más precisos posibles, emparejamos el rango de temperatura a medir con el rango óptimo del tipo de termopar. Ciertos metales que ofrecen una resistencia particular se utilizan en ambientes específicos (ácidos, básicos, de alta presión, etc.).
El tiempo de respuesta varía dependiendo del tipo de unión al final del termopar. En el caso de la unión expuesta, la unión no está en la funda protectora. Al ser el contacto directo con el medio ambiente, el tiempo de respuesta es rápido.
Compatibilidad con el dominio de la aplicación
Al elegir un sensor para una sonda de medición, debe definir primero las variables que desea medir. Por ejemplo, tienes la opción de optar por un sensor de humedad y temperatura. Puede elegir un transmisor programable para configurar los parámetros deseados.
Para seleccionar una sonda electrónica, es preferible elegir un dispositivo de medición que sea fácil de manejar por los usuarios y adaptado al entorno. Por ejemplo, se recomienda apagar las pantallas LCD de los sensores a partir de una temperatura exterior de 70°C. Para controlar la temperatura con contacto y de forma remota, puede elegir un dispositivo que combine termómetro infrarrojo y termopar.
Entre los sensores más utilizados, también se encuentran los termistores. Estos sensores funcionan según un principio cercano al del termopar ya que reaccionan a las variaciones de temperatura modificando su resistencia . Los termistores son NTC (coeficiente de temperatura negativo) o PTC (coeficiente de temperatura positivo). Estos dos tipos de termistores dependen de los materiales con los que están fabricados.
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