Los sensores termopar forman parte de la composición de las sondas de temperatura utilizadas en muchos sectores profesionales. Es una tecnología fácil de usar y económica. También ofrece un corto tiempo de respuesta ante variaciones térmicas. Los diferentes tipos de termopares cubren rangos de temperatura más o menos amplios con precisión variable. La elección de su unión y su sistema de compensación de unión fría los hace utilizables en diferentes entornos.
Para identificar el termopar que mejor se adapta a su campo de aplicación y a su presupuesto, es fundamental comprender su funcionamiento y distinguir sus tipologías.
¿Qué es un termopar?
El termopar es uno de los dos tipos más comunes de sensores de temperatura.
- El termopar permite medir la temperatura calculando una diferencia de tensión entre dos puntos. Este es un sistema basado en un principio termoeléctrico.
- La segunda categoría, el sensor de temperatura termistor, utiliza un principio termoresistivo. Es la variación en la resistencia de los materiales la que se utiliza para calcular la diferencia de temperatura. Se trata de óxidos metálicos prensados y encapsulados.
Cómo funciona el termopar
Un termopar, o par termoeléctrico, está formado por dos cables hechos de diferentes metales conductores. Los cables están conectados mediante dos tipos de soldadura, punto caliente y punto frío. También llamado unión de referencia. USe crea un voltaje eléctrico, cuando la unión caliente tiene un cambio de temperatura. Luego mediremos la diferencia de potencial eléctrico entre la unión caliente y la unión fría para medir la temperatura. Esto es lo que llamamos efecto termoeléctrico Seebeck, llamado así en honor al físico alemán Thomas Johann Seebeck, quien teorizó este fenómeno en 1821.
Un voltímetro permite medirla tensión generada en los hilos metálicos conductores en función de la variación de temperatura. Calculamos la diferencia de potencial (fuerza electromotriz) entre la unión caliente y la unión fría. Luego, un transmisor de temperatura convierte estos datos en grados Celsius. La conversión de voltaje en temperatura se realiza usando una tabla de referencia y depende de los tipos de metales que componen el termopar. De hecho, la sensibilidad termoeléctrica de cada metal es diferente. Se asignó un coeficiente de Seebeck a cada material en función de esta sensibilidad.
Mantener la temperatura de la unión de referencia
Para que la sonda termopar proporcione información de alta precisión, la unión fría debe estar a una temperatura estable o mensurable. Debes saber que esta unión de referencia en realidad generalmente se compone de dos soldaduras diferentes. Existen varios métodos para compensar la unión fría, utilizados en particular cuando la temperatura ambiente puede variar. El baño de agua helada es un método sencillo que permite mantener la soldadura a 0°C. En la práctica, es muy útil en el laboratorio, pero puede resultar complejo de implementar en un entorno industrial. También es posible utilizar un segundo instrumento de medición que realiza un control de temperatura del punto de referencia. Como las tablas de medidas generalmente se establecen en base a una temperatura de unión fría de 0°C, a continuación se debe realizar un cálculo teniendo en cuenta la temperatura medida.
Cuando la distancia entre el punto de medición y el dispositivo de medición es grande, puede ser necesario agregar una extensión. El material de este cable debe ser de idéntica calibración al tipo de termopar para evitar falsas mediciones. Una solución es utilizar el mismo material directamente, lo que puede resultar caro, entonces es un cable de extensión. También es posible utilizar un cable de compensación , fabricado con metales diferentes a los del termopar.
Tipos de termopares estandarizados
El diseño de los sensores de termopar está hecho de todo tipo de metales. Pero se utilizan principalmente 8 tipos de termopares. Estos son los tipos de termopares cubiertos por la norma europea IEC 60584.1. Esta norma enumera los termopares designándolos mediante una letra y un nombre en el que el elemento positivo está primero.
Los tipos de termopares más utilizados
- Tipo K (Cromel (aleación de níquel-cromo) / Alumel (aleación de níquel-aluminio)) es el termopar más utilizado en la industria. Cubre un amplio rango de medición de temperatura, de -200 a 1200°C. Su precio es económico y su sensibilidad ronda los 41uV/°C.
- El termopar tipo J (hierro/constantán (aleación de cobre-níquel)) es útil en un entorno reductor. Mide la temperatura en un rango de -40 a 750 °C. No debe utilizarse por encima de 760°C, ya que esto podría provocar una transformación magnética que provocaría una descalibración permanente. La presencia de hierro lo hace sensible a la oxidación; a menudo se ofrece con una funda de acero inoxidable.
- El tipo T (Cobre / Constantan (aleación de cobre y níquel)) se utiliza principalmente en el laboratorio en un rango de -185 a 300°C. Es muy estable en mediciones de baja temperatura y criogenia.
- El tipo E (Cromel (aleación de níquel-cromo) / Constantan (aleación de cobre-níquel)) es adecuado para mediciones de temperatura entre -40 y 800 °C. Se recomienda su uso en vacío, gas inerte, ambiente moderadamente oxidante o reductor.
Tipos de termopares reservados para altas temperaturas
- El tipo N (Nicrosil (aleación de níquel-cromo-silicio) / Nisil (aleación de níquel-silicio)) se beneficia de una alta estabilidad y resistencia a la oxidación. Se utiliza para medir altas temperaturas, hasta más de 1280°C en períodos cortos. Tiene la ventaja de estar disponible a un precio más económico que otros tipos de termopares para altas temperaturas, B, R o S, que contienen platino.
- Los tipos S (Platino Rodiado 10% / Platino) y R (Platino Rodio 13% / Platino) tienen características similares. Se utilizan para medir temperaturas altas, es decir, por encima de 1000°C y hasta 1600°C. Debido a su alta estabilidad, el tipo S se utiliza como estándar para el punto de fusión del oro (1064,43 °C).
- El termopar tipo B (platino rodiado al 30% / platino rodiado al 6%) está diseñado para medir temperaturas de hasta 1600 °C de forma continua y 1800 °C pico.
La elección de una sonda de temperatura no se limita al tipo de termopar, los demás elementos que la constituyen también deben responder mejor a sus necesidades. Los asesores
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