Módulos control de temperatura

Termocuplas

ObjetivosDURANTE ESTE CAPITULO VEREMOS Y PROFUNDIZAREMOS EN

• QUE ES UNA TERMOCUPLA

• COMO FUNCIONAN LAS TERMOCUPLAS

• CLASES DE TERMOCUPLAS

• GRAFICAS DE RELACIÓN MILI VOLTIOS

Que es una termocupla? Las termocuplas son el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente.

Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivoltios el cual aumenta con la

temperatura.

Por ejemplo, una termocupla "tipo J" está hecha con un alambre de

hierro y otro de constantán (aleación de cobre y nickel) Al colocar la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los

extremos 42.2 milivolts.

Normálmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas

dentro de un tubo de acero inoxidable ú otro material (vaina) , en un

extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables,

protegido adentro de una caja redonda de aluminio ( cabezal ).

Como funciona la termocupla?

El principio de medición de temperatura utilizando

termocuplas se basa en tres principios físicos, que

son:

1.- Efecto Thomson (1851): un gradiente de

temperatura en un conductor metálico está

acompañado por un gradiente de voltaje, cuya

magnitud y signo depende del metal que se esté

utilizando.

3.- Efecto Peltier (1834): consiste en que cuando una corriente eléctrica fluye a través de una juntura de dos metales diferentes, se libera o absorbe calor. Cuando la corriente eléctrica fluye en la misma dirección que la

corriente Seebeck, el calor es absorbido en la juntura caliente y liberado en la juntura fría.

Como funciona la termocupla?2.- Efecto Seebeck (1821): al unir dos alambres de materiales diferentes formando un circuito, se presenta

una corriente eléctrica cuando las junturas se encuentran a diferente temperatura. Esto es debido a la

combinación de los dos efectos anteriores

Los Valores “E” de la ecuación son valores de tensión en voltios. Esta es una gran ventaja que poseen las

termocuplas ya que tenemos una traducción (transducción) directa de grados centígrados a voltios lo cual es

sumamente importante a la hora de medir, registrar o controlar la temperatura con instrumentos o aparatos

eléctricos o electrónicos

Clases de termocuplasExisten una infinidad de tipos de termocuplas, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas son del tipo J ó del tipo K.

Las termocuplas tipo J se usan principalmente en la industria del

plástico, goma (extrusión e inyección ) y fundición de metales a

bajas temperaturas (Zamac, Aluminio). La termocupla K se usa típicamente en fundición, hornos como lo son los de fundición de cobre y tratamientos térmicos ó aquellas aplicaciones en donde se deseen medir temperaturas menores de 1300 °C

Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusivamente en la industria

siderúrgica (fundición de acero)

Finalmente las tipo T eran usadas hace algún tiempo en la industria

de alimentos, pero han sido desplazadas en esta aplicación por los

Pt100.

Que son las rtd?Un RTD (del inglés: resistance temperatura detector) es un detector de temperatura resistivo, es decir, un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. En el que se indica una variación lineal con coeficiente de temperatura positivo.

Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitación, y mayor resistencia.

La variación de la resistencia puede ser expresada de manera polinómica como sigue a continuación. Por lo general, la variación es bastante lineal en márgenes amplios de temperatura.

Materiales empleados en las RTD? Los materiales empleados para la construcción de sensores RTD suelen

ser conductores tales como el cobre, el níquel o el platino. Las propiedades de algunos de éstos se muestran en la siguiente tabla:

Porque decirle PT100? De todos ellos es el platino el que ofrece mejores prestaciones, como:

• alta resistividad… para un mismo valor óhmico, la masa del sensor será menor, por lo que la respuesta será más rápida

• margen de temperatura mayor

• alta linealidad

• sin embargo, su sensibilidad ( α )es menor.

Un sensor muy común es el Pt100 (RTD de platino con R=100 Ω a 0 °C). En la siguiente tabla se muestran valores estándar de resistencia a distintas

temperaturas para un sensor Pt100 con α = 0.00385 K − 1.

Clases de termocuplas

Clases de termocuplas

El valor que en la tabla figura como “sensibilidad” es un parámetro importantísimo ya que nos dice cuantos

milivoltios se pueden obtener por cada grado centígrado (en la tabla lo especifican cada 100°C). Esto

presupone que podemos pensar al comportamiento de la termocupla como una línea recta dentro de su rango

de operación o trabajo (ver curvas en la página siguiente).

Hay mucha disparidad en la información de los rangos publicados ya que se puede tratar de:

1. El rango límite de temperaturas: aquellas que garantizan que no altera la integridad de la termocupla.

2. El rango de comportamiento lineal: franja de trabajo en donde el parámetro sensibilidad tiene sentido.

3. El rango de operación: es la franja de temperaturas para una aplicación particular.

Grafica relación milivoltios.

GRACIAS.