A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideración el tipo de conector. Los dos tipos son el modelo «estándar», con pines redondos y el modelo «miniatura», con pines chatos, siendo estos últimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los más populares.FABRICACION DE TERMOPAR Y TERMOPARES
Otro punto importante en la selección es el tipo de termopar, el aislamiento y la construcción de la sonda. Todos estos factores tienen un efecto en el rango de temperatura a medir, precisión y fiabilidad en las lecturas.
Construcción de Termopares
Según la aplicación, se dispone de distintos tipos de uniones:
Distintos tipos de uniones de termopar y sus vainas.
a) unión soldada en extremos
b) unión soldada en paralelo
c) hilo trenzado
d) termopar expuesto: respuesta rápida
e) termopar encapsulado: aislamiento eléctrico y ambiental
f) termopar unido a la cubierta: aislamiento ambiental
Las uniones desnudas se emplean para medidas estáticas, pero son frágiles, o de flujos de gases no corrosivos donde se requiere un tiempo de respuesta rápido. Las uniones aisladas se emplean para medir en ambientes corrosivos donde además interese aislamiento eléctrico del termopar. Éste queda entonces encerrado por la vaina y aislado de ésta por un buen conductor térmico como el aceite, mercurio o polvo metálico. Si se desea respuesta rápida y no hace falta una vaina gruesa. se emplean aislantes minerales como polvo de MgO, Al2 O3 o BeO. Según el grado de compactación del aislante, la respuesta final es más o menos lenta y la temperatura máxima soportada es también distinta. Los termopares aislados también se aplican en medidas a alta presión.
Mediante uniones puestas a masa, se pueden medir temperaturas estáticas o de flujos de gases o líquidos corrosivos y, como la unión está soldada a la vaina protectora, la respuesta térmica es más rápida. Pero si la masa es ruidosa, no sirve y hay que aislar térmicamente el termopar. Además, la mayor masa del sensor implica un mayor error por conducción térmica.
- Tipo K (Cromel (aleación de Ni-Cr) / Alumel (aleación de Ni -Al)): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 °C a +1372 °C y una sensibilidad 41µV/°C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidación.
- Tipo E (Cromel / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/° C.
- Tipo J (Hierro / Constantán): Su rango de utilización es de -270/+1200°C. Debido a sus características se recomienda su uso en atmósferas inertes, reductoras o en vacío, su uso continuado a 800°C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rápida oxidación que sufre el hierro por encima de 550°C y por debajo de 0°C es necesario tomar precauciones a causa de la condensación de vapor de agua sobre el hierro.
- Tipo T (Cobre / Constantán): ideales para mediciones entre -200 y 260 °C. Resisten atmósferas húmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopares de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C.
- Tipo N (N
icrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/° C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300° C).
- Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1800°C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0°C y 42°C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a temperaturas por encima de 50°C.
- Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1300°C. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo.
- Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1300°C, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43° C).
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar
.
La mayor parte d
Precauciones y consideraciones al usar termopares[editar]
e los problemas de medición y errores con los termopares se deben a la falta de conocimientos del funcionamiento de los termopares. A continuación, un breve listado de los problemas más comunes que deben tenerse en cuenta.FABRICACION DE TERMOPAR Y TERMOPARERS
Problemas de conexión[editar]
La mayoría de los errores de medición son causados por uniones no intencionales del termopar. Se debe tener en cuenta que cualquier contacto entre dos metales distintos creará una unión. Si lo que se desea es aumentar la longitud de las guías, se debe usar el tipo correcto del cable de extensión. Así por ejemplo, el tipo K corresponde al termopar K. Al usar otro tipo se introducirá una unión termopar. Cualquiera que sea el conector empleado debe estar hecho del material termopar correcto y su polaridad debe ser la adecuada. Lo más correcto es emplear conectores comerciales del mismo tipo que el termopar para evitar problemas.
Resistencia de la guía[editar]
Para minimizar la desviación térmica y mejorar los tiempos de respuesta, los termopares están integrados con delgados cables. Esto puede causar que los termopares tengan una altaresistencia, la cual puede hacer que sea sensible al ruido y también puede causar errores debidos a la resistencia del instrumento de medición. Una unión termopar típica expuesta con 0,25 mmtendrá una resistencia de cerca de 15 ohmios por metro. Si se necesitan termopares con delgadas guías o largos cables, conviene mantener las guías cortas y entonces usar el cable de extensión, el cual es más grueso, (lo que significa una menor resistencia) ubicado entre el termopar y el instrumento de medición. Se recomienda medir la resistencia del termopar antes de utilizarlo.
El desajuste es el proceso de alterar accidentalmente la conformación del cable del termopar. La causa más común es la difusión de partículas atmosféricas en el metal a los extremos de la temperatura de operación. Otras causas son las impurezas y los químicos del aislante difundiéndose en el cable del termopar. Si se opera a elevadas temperaturas, se deben revisar las especificaciones del aislante de la sonda. Tenga en cuenta que uno de los criterios para calibrar un instrumento de medición, es que el patrón debe ser por lo menos 10 veces más preciso que el instrumento a calibrar.
La salida de un termopar es una pequeña señal, así que es susceptible de error por ruido eléctrico. La mayoría de los instrumentos de medición rechazan cualquier modo de ruido (señales que están en el mismo cable o en ambos) así que el ruido puede ser minimizado al retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma señal de ruido. Si se opera en un ambiente extremadamente ruidoso (por ejemplo cerca de un gran motor), es necesario considerar usar un cable de extensión protegido. Si se sospecha de la recepción de ruido, primero se deben apagar todos los equipos sospechosos y comprobar si las lecturas cambian. Sin embargo, la solución más lógica es diseñar un filtro pasabajos (resistencia y condensador en serie) ya que es probable que la frecuencia del ruido (por ejemplo de un motor) sea mucho mayor a la frecuencia con que oscila la temperatura. O ponerle un repetidor después del termopar para que la señal en el cable sea mayor y que el equipo receptor este compensado para poder acoplar ese repetidor.
Voltaje en modo común[editar]
Estos voltajes pueden ser causados tanto por una recepción inductiva (un problema cuando se mide la temperatura de partes del motor y transformadores) o por las uniones a conexiones terrestres. Un ejemplo típico de uniones a tierra sería la medición de un tubo de agua caliente con un termopar sin aislamiento. Si existe alguna conexión terrestre pueden existir algunos voltiosentre el tubo y la tierra del instrumento de medición. Estas señales están una vez más en el modo común (las mismas en ambos cables del termopar) así que no causarán ningún problema con la mayoría de los instrumentos siempre y cuando no sean demasiado grandes. Los voltajes del modo común pueden ser minimizados al usar los mismos recaudos del cableado establecidos para el ruido, y también al usar termopares aislados.
Ruido en modo serie[editar]
Si el sensor está expuesto a cables de alta tensión se puede presentar un voltaje que aparece en solo una de las lineas de este, este ruido se puede disminuir transmitiendo la señal en corriente.FABRICACION DE TERMOPARES Y TERMOPAR
Desviación térmica[editar]
Al calentar la masa de los termopares se extrae energía que afectará a la temperatura que se trata determinar. Considérese por ejemplo, medir la temperatura de un líquido en un tubo de ensayo: existen dos problemas potenciales. El primero es que la energía del calor viajará hasta el cable del termopar y se disipará hacia la atmósfera reduciendo así la temperatura del líquido alrededor de los cables. Un problema similar puede ocurrir si un termopar no está suficientemente inmerso en el líquido, debido a un ambiente de temperatura de aire más frío en los cables, la conducción térmica puede causar que la unión del termopar esté a una temperatura diferente del líquido mismo. En este ejemplo, un termopar con cables más delgados puede ser útil, ya que causará un gradiente de temperatura más pronunciado a lo largo del cable del termopar en la unión entre el líquido y el aire del ambiente. Si se emplean termopares con cables delgados, se debe prestar atención a la resistencia de la guía. El uso de un termopar con cables delgados conectados a un termopar de extensión mucho más gruesa a menudo ofrece el mejor resultado.
Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido establecer tres leyes fundamentales:
- Ley del circuito homogéneo: en un conductor metálico homogéneo no puede sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación exclusiva de calor.
- Ley de los metales intermedios: si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura 'A' a otro 'B', la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metálicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo 'A' y 'B'.
- Ley de las temperaturas sucesiva: La f.e.m. generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3.
Por estas leyes se hace evidente que en el circuito se desarrolla una pequeña tensión continua proporcional a la temperatura de la unión de medida, siempre que haya una diferencia de temperaturas con la unión de referencia. Los valores de esta f.e.m. están tabulados en tablas de conversión con la unión de referencia a 0°C.
Véase también[editar]
¿Qué es un sensor termopar?
Un termopar es un sensor para medir la temperatura. Se compone de dos metales diferentes, unidos en un extremo. Cuando la unión de los dos metales se calienta o enfría, se produce una tensión que es proporcional a la temperatura. Las aleaciones de termopares están comúnmente disponibles como alambre.
¿Cuáles son los diferentes tipos de termopares?
Los termopares están disponibles en diferentes combinaciones de metales o calibraciones para adaptarse a diferentes aplicaciones. Los tres más comunes son las calibraciones K, T y J, de los cuales el tipo K es el más popular debido a su amplio rango de temperaturas y bajo costo. El tipo K tiene un conductor positivo de níquel-cromo y un conductor negativo de níquel-aluminio. Existen calibraciones de alta temperatura R, S, B, G, C y D, 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?
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 FABRICACION DE TERMOPAR Y TERMOPARES
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)
¿Cómo saber qué tipo de conexiones debo elegir?
Las sondas termopares enfundadas están disponibles con uno de los tres tipos de conexión: conexión a tierra, aislada o expuesta (véase el gráfico abajo: "Tipos de puntas para termopares"). En la punta de una sonda de unión a tierra, los cables de termopares están físicamente unidos en el interior de la pared de la sonda. Esto da como resultado una buena transferencia de calor desde el exterior, a través de la pared de la sonda a la unión del termopar. En una sonda aislada, la unión del termopar está separada y aislada de la pared de la sonda. El tiempo de respuesta es más lento que el estilo de tierra, pero el aislamiento proporciona un aislamiento eléctrico (véase el cuadro abajo).
Resistencia de aislamiento a temperatura ambiente
del Termopar con la unión aislada
Diámetro de vaina nominal Tensión cc mínima aplicada Resistencia de mínima aislamiento
Menos de 0,90 mm (0,03 pulg) 50V 100M Ohms
0,80-1,5mm (0,030 a 0,059 pulg) 50V 500M Ohms
Más de1,5mm (0,059 pulg) 500V 1000M Ohms
El termopar con estilo de unión expuesta, el cual sobresale de la punta de la vaina y se expone al medio ambiente circundante. Este tipo ofrece el mejor tiempo de respuesta, pero el uso está limitado a aplicaciones secas, no corrosivas y no presurizadas.
¿Cuál es el tiempo de respuesta?
Una constante de tiempo ha sido definida como el tiempo requerido por un sensor para llegar a 63,2% de un cambio de paso de la temperatura bajo un conjunto de condiciones determinadas. Cinco constantes de tiempo son necesarias para el sensor, con la finalidad de acercarse al 100% del valor de cambio gradual. Un termopar de unión expuesta tiene el tiempo de respuesta más rápido. Además, cuanto menor sea el diámetro de la vaina, más rápida será la respuesta, pero la temperatura máxima puede ser inferior. Tenga en cuenta, sin embargo, que a veces la vaina de la sonda no puede soportar el rango de temperatura del termopar.
Material Temperatura máxima Ambiente de la aplicación
Oxidación Hidrógeno Vacío Inerte
304 SS 898°C
(1650°F) Muy bueno Bueno Muy bueno Muy bueno
Inconel 600 1148°C
(2100°F) Muy bueno Bueno Muy bueno Muy bueno
Rangos y tolerancias de termoparesFABRICACION DE TERMOPAR Y TERMOPARES
Las especificaciones de precisión y rangos de temperatura ANSI y IEC se publican en nuestra Guía de tolerancia para termopares de los tipos más comunes.
Los códigos de color de los cables y límites de error ( Códigos de color de los termopares )
Cuadros de referencia
Los termopares producen una salida de tensión que puede ser correlacionada con la temperatura que el termopar está midiendo. Los documentos en el cuadro siguiente proporcionan el voltaje termoeléctrico 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.
Haga clic en el siguiente enlace para ver el documento relacionado
° Termopar tipo K ° Termopar tipo R
° Termopar tipo T ° Termopar tipo S
° Termopar tipo J ° Termopar tipo B
° Termopar tipo N ° Termopar tipo C
° Termopar tipo E ° Tungsteno y tungsteno/renio
° Níquel-cromo c. oro-0,07 por ciento hierro atómico
Tipos de Sonda con Termopar
Sondas de penetración: las sondas de penetración tienen una estructura de gran resistencia y una punta fina. Este tipo de sonda está diseñada para penetrar sustancias semisólidas y duras. Las Sondas de Penetración vienen en una variedad de diámetros, longitudes, materiales y rangos de temperatura.
Sondas para aire/gases: este tipo de sondas tienen una sonda/sensor con una estructura de protección. La protección se perfora, lo que permite que el aire o los gases fluyan al sensor. Cuando uses una sonda para aire/gases, asegúrate de que los materiales de la sonda sean compatibles con los gases presentes en la atmósfera que medirás.
Sondas de superficie: se usan para medir las temperaturas de las superficies. El empalme de la sonda de superficie es plano, lo que permite que toda la superficie de medición mantenga un contacto total con la superficie a medir. Se puede equipar estas sondas con resortes, lo que ayudará a que la sonda mantenga un contacto continuo con la superficie o la cubierta. Hay una variedad de tipos de sondas de superficie, algunas incluyen: de ángulo de 90°, rectas, planas y autoadhesivas (para mediciones a largo plazo).
Sondas flexibles con cable aislante: por lo general se usan para medir la temperatura de materiales semisólidos o líquidos. Vienen en varios tamaños, materiales y rangos de temperatura.
Muchos fabricantes ofrecen sondas especiales. Estas sondas con termopar están diseñadas para industrias o aplicaciones específicas. Algunos ejemplos incluyen:
Sondas para alimentos: sondas de penetración diseñadas específicamente para limpiarlas con facilidad. Vienen en una variedad de largos, diámetros, materiales y longitudes de cables.
Sondas HVAC: son una variante de las sondas para aire/gases diseñadas para aplicaciones HVAC. Estas sondas incluyen accesorios de velcro (para tuberías y tubos), magnéticos (para superficies planas) y longitudes de cables más extensas.
Sondas para superficies pequeñas (artículos electrónicos): sondas de diámetros más pequeños específicamente diseñadas para aberturas/espacios más pequeños que a menudo se encuentran en las aplicaciones electrónicas.
Sondas científicas con punta de aguja: sondas de diámetro más pequeño con puntas de aguja/hipodérmicas para aplicaciones científicas donde se necesitan sondas de menor escala.
Por lo general, las sondas mencionadas anteriormente están disponibles en los tipos J, K y T. Nuevamente, la temperatura de los tipos de sonda pueden variar según el fabricante ya que depende del diámetro del cable, del material y del revestimiento de la sonda.
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