Qué es un termopar: principio de funcionamiento y sus aplicaciones

En el año 1821, un físico llamado 'Thomas Seebeck' reveló que cuando dos alambres de metal diferentes estaban conectados en ambos extremos de una unión en un circuito cuando la temperatura aplicada a la unión, habría un flujo de corriente a través de el circuito que se conoce como campo electromagnético (EMF). La energía producida por el circuito se denomina Efecto Seebeck. Utilizando el efecto de Thomas Seebeck como guía, los dos físicos italianos, a saber, Leopoldo Nobili y Macedonio Melloni, colaboraron en el diseño de una batería termoeléctrica en el año 1826, que se llama multiplicador térmico, se basó en el descubrimiento de la termoelectricidad de Seebeck mediante la fusión de un galvanómetro así como una termopila para calcular la radiación. Por su esfuerzo, algunas personas identificaron a Nobili como el descubridor del termopar.

¿Qué es un termopar?

El termopar se puede definir como un tipo de temperatura sensor que se utiliza para medir la temperatura en un punto específico en forma de EMF o una corriente eléctrica. Este sensor consta de dos cables metálicos diferentes que están conectados entre sí en una unión. La temperatura se puede medir en esta unión y el cambio de temperatura del alambre de metal estimula los voltajes.

Par termoeléctrico

La cantidad de EMF generada en el dispositivo es muy pequeña (milivoltios), por lo que se deben utilizar dispositivos muy sensibles para calcular la fem producida en el circuito. Los dispositivos comunes que se utilizan para calcular la fem son el potenciómetro de equilibrio de voltaje y el galvanómetro ordinario. De estos dos, se utiliza física o mecánicamente un potenciómetro de equilibrio.

Principio de funcionamiento del termopar

los principio de termopar depende principalmente de los tres efectos, a saber, Seebeck, Peltier y Thompson.

Ver efecto beck

Este tipo de efecto se produce entre dos metales diferentes. Cuando el calor llega a cualquiera de los alambres de metal, entonces el flujo de electrones pasa del alambre de metal caliente al alambre de metal frío. Por tanto, la corriente continua estimula el circuito.

Efecto Peltier

Este efecto Peltier es opuesto al efecto Seebeck. Este efecto establece que la diferencia de temperatura se puede formar entre dos conductores diferentes aplicando la variación de potencial entre ellos.

Efecto Thompson

Este efecto establece que cuando dos metales dispares se fijan juntos y si forman dos uniones, el voltaje induce la longitud total del conductor debido al gradiente de temperatura. Esta es una palabra física que demuestra el cambio en la velocidad y la dirección de la temperatura en una posición exacta.

Construcción de termopar

La construcción del dispositivo se muestra a continuación. Consta de dos cables metálicos diferentes y que están conectados entre sí en el extremo de la unión. La unión piensa como el extremo de medición. El final de la unión se clasifica en tres tipos: unión sin conexión a tierra, con conexión a tierra y expuesta.

Construcción de termopar

Unión sin conexión a tierra

En este tipo de empalmes, los conductores están totalmente separados de la cubierta protectora. Las aplicaciones de esta unión incluyen principalmente trabajos de aplicación de alta presión. El principal beneficio de usar esta función es disminuir el efecto del campo magnético disperso.

Unión a tierra

En este tipo de unión, los cables metálicos, así como la cubierta de protección, están conectados entre sí. Esta función se utiliza para medir la temperatura en la atmósfera ácida y aporta resistencia al ruido.

Unión expuesta

La unión expuesta es aplicable en las áreas donde se requiere una respuesta rápida. Este tipo de unión se utiliza para medir la temperatura del gas. El metal utilizado para fabricar el sensor de temperatura depende básicamente del rango de temperatura de cálculo.

Generalmente, un termopar se diseña con dos alambres metálicos diferentes, a saber, hierro y constantan, que forman un elemento de detección al conectarse en una unión que se denomina unión caliente. Consiste en dos uniones, una unión está conectada por un voltímetro o transmisor donde la unión fría y la segunda unión se asocian en un proceso que se llama unión caliente.

¿Cómo funciona un termopar?

los diagrama de termopar se muestra en la imagen de abajo. Este circuito se puede construir con dos metales diferentes y se acoplan entre sí generando dos uniones. Los dos metales están rodeados por la conexión mediante soldadura.

En el diagrama anterior, las uniones se indican con P & Q y las temperaturas con T1 y T2. Cuando la temperatura de la unión es diferente entre sí, la fuerza electromagnética se genera en el circuito.

Circuito de termopar

Si la temperatura en el extremo de la unión se convierte en equivalente, entonces la fuerza electromagnética equivalente, así como la inversa, se produce en el circuito y no hay flujo de corriente a través de él. De manera similar, la temperatura en el extremo de la unión se desequilibra, luego la variación de potencial induce en este circuito.

La magnitud de la fuerza electromagnética inducida en el circuito depende del tipo de material utilizado para la fabricación de termopares. Todo el flujo de corriente a lo largo del circuito se calcula mediante las herramientas de medición.

La fuerza electromagnética inducida en el circuito se calcula mediante la siguiente ecuación

E = una (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Donde ∆Ө es la diferencia de temperatura entre el extremo de la unión del termopar caliente y el extremo de la unión del termopar de referencia, a y b son constantes

Tipos de termopares

Antes de comenzar con una discusión sobre los tipos de termopares, se debe considerar que el termopar debe estar protegido en una caja protectora para aislarlo de las temperaturas atmosféricas. Esta cubierta minimizará significativamente el impacto de la corrosión en el dispositivo.

Entonces, hay muchos tipos de termopares. Echemos un vistazo detallado a esos.

Tipo K - Esto también se denomina tipo de termopar de níquel-cromo / níquel-alumel. Es el tipo más utilizado. Tiene las características de mayor confiabilidad, precisión y bajo costo, y puede operar para rangos de temperatura extendidos.

Tipo K

Los rangos de temperatura son:

Cable de grado termopar - -454F a 2300F (-270⁰C hasta 1260⁰C)

Cable de extensión (0⁰C hasta 200⁰C)

Este tipo K tiene un nivel de precisión de

Estándar +/- 2.2C o +/- 0.75% y los límites especiales son +/- 1.1C o 0.4%

Tipo J - Es una mezcla de Hierro / Constantan. Este es también el tipo de termopar más utilizado. Tiene las características de mayor confiabilidad, precisión y bajo costo. Este dispositivo se puede operar solo para rangos de temperatura menores y tiene una vida útil corta cuando se opera en un rango de temperaturas alto.

Tipo J

Los rangos de temperatura son:

Cable de grado termopar - -346F a 1400F (-210⁰C hasta 760⁰C)

Cable de extensión (0⁰C hasta 200⁰C)

Este tipo J tiene un nivel de precisión de

Estándar +/- 2.2C o +/- 0.75% y los límites especiales son +/- 1.1C o 0.4%

Tipo T - Es una mezcla de Cobre / Constantan. El termopar tipo T mantiene una mayor estabilidad y generalmente se implementa para aplicaciones de menor temperatura como congeladores de temperatura ultrabaja y criogénicos.

Tipo T

Los rangos de temperatura son:

Cable de grado termopar - -454F a 700F (-270⁰C hasta 370⁰C)

Cable de extensión (0⁰C hasta 200⁰C)

Este tipo T tiene un nivel de precisión de

Estándar +/- 1.0C o +/- 0.75% y los límites especiales son +/- 0.5C o 0.4%

Tipo E - Es una mezcla de Níquel-Cromo / Constantan. Tiene una mayor capacidad de señal y una precisión mejorada en comparación con los termopares tipo K y J cuando se operan a ≤ 1000F.

Tipo E

Los rangos de temperatura son:

Alambre de grado termopar - -454F a 1600F (-270⁰C hasta 870⁰C)

Cable de extensión (0⁰C hasta 200⁰C)

Este tipo T tiene un nivel de precisión de

Estándar +/- 1.7C o +/- 0.5% y los límites especiales son +/- 1.0C o 0.4%

Tipo N - Se considera termopar Nicrosil o Nisil. Los niveles de temperatura y precisión del tipo N son similares al tipo K. Pero este tipo es más caro que el tipo K.

Tipo N

Los rangos de temperatura son:

Cable de grado termopar - -454F a 2300F (-270⁰C hasta 392⁰C)

Cable de extensión (0⁰C hasta 200⁰C)

Este tipo T tiene un nivel de precisión de

Estándar +/- 2.2C o +/- 0.75% y los límites especiales son +/- 1.1C o 0.4%

Tipo S - Se considera como termopar de platino / rodio o 10% / platino. El tipo S de termopar está extremadamente implementado para aplicaciones de rango de alta temperatura, como en organizaciones de biotecnología y farmacia. Incluso se utiliza para aplicaciones de menor rango de temperatura debido a su mayor precisión y estabilidad.

Tipo S

Los rangos de temperatura son:

Cable de grado termopar - -58F a 2700F (-50⁰C hasta 1480⁰C)

Cable de extensión (0⁰C hasta 200⁰C)

Este tipo T tiene un nivel de precisión de

Estándar +/- 1.5C o +/- 0.25% y los límites especiales son +/- 0.6C o 0.1%

Tipo R - Se considera como termopar de platino / rodio o 13% / platino. El tipo de termopar S está extremadamente implementado para aplicaciones de rango de alta temperatura. Este tipo se incluye con una mayor cantidad de rodio que el tipo S, lo que hace que el dispositivo sea más costoso. Las características y el rendimiento del tipo R y S son casi similares. Incluso se utiliza para aplicaciones de menor rango de temperatura debido a su mayor precisión y estabilidad.

Tipo R

Los rangos de temperatura son:

Cable de grado termopar - -58F a 2700F (-50⁰C hasta 1480⁰C)

Cable de extensión (0⁰C hasta 200⁰C)

Este tipo T tiene un nivel de precisión de

Estándar +/- 1.5C o +/- 0.25% y los límites especiales son +/- 0.6C o 0.1%

Tipo B - Se considera como un 30% de platino rodio o un 60% de termopar de platino rodio. Esto se usa ampliamente en el rango más alto de aplicaciones de temperatura. De todos los tipos enumerados anteriormente, el tipo B tiene el límite de temperatura más alto. En los niveles de temperatura aumentada, el termopar tipo B mantendrá una mayor estabilidad y precisión.

Tipo B

Los rangos de temperatura son:

Cable de grado termopar - 32F a 3100F (0⁰C hasta 1700⁰C)

Cable de extensión (0⁰C hasta 100⁰C)

Este tipo T tiene un nivel de precisión de

Estándar +/- 0,5%

Los tipos S, R y B se consideran termopares de metales nobles. Estos se eligen porque pueden funcionar incluso en rangos de alta temperatura, proporcionando una gran precisión y una larga vida útil. Pero, en comparación con los tipos de metales base, estos son más caros.

Al elegir un termopar, hay que considerar muchos factores que se adaptan a sus aplicaciones.

• Compruebe cuáles son los rangos de temperatura alta y baja necesarios para su aplicación.
• ¿Qué presupuesto del termopar se utilizará?
• ¿Qué porcentaje de precisión se utilizará?
• ¿En qué condiciones atmosféricas funciona el termopar, como gas inerte u oxidante?
• ¿Cuál es el nivel de respuesta que se espera, lo que significa qué tan rápido debe responder el dispositivo a los cambios de temperatura?
• ¿Cuál es el período de vida que se requiere?
• Compruebe antes de la operación que el dispositivo esté sumergido en agua o no y ¿a qué nivel de profundidad?
• ¿La utilización del termopar será intermitente o continua?
• ¿El termopar estará sujeto a torsiones o flexiones durante toda la vida útil del dispositivo?

¿Cómo saber si tiene un termopar defectuoso?

Para saber si un termopar está funcionando perfectamente, es necesario realizar una prueba del dispositivo. Antes de continuar con la sustitución del dispositivo, hay que comprobar si realmente funciona o no. Para hacer esto, un multímetro y conocimientos básicos de electrónica son completamente suficientes. Existen principalmente tres enfoques para probar el termopar con un multímetro y se explican a continuación:

Prueba de resistencia

Para realizar esta prueba, el dispositivo debe colocarse en una línea de aparatos de gas y el equipo necesario es un multímetro digital y pinzas de cocodrilo.

Procedimiento: conecte las pinzas de cocodrilo a las secciones del multímetro. Coloque los clips en ambos extremos del termopar donde un extremo se doblará en la válvula de gas. Ahora, encienda el multímetro y anote las opciones de lectura. Si el multímetro muestra ohmios en orden pequeña, entonces el termopar está en perfectas condiciones de funcionamiento. O bien, cuando la lectura es de 40 ohmios o más, entonces no está en buenas condiciones.

Prueba de circuito abierto

Aquí, el equipo utilizado son pinzas de cocodrilo, un encendedor y un multímetro digital. Aquí, en lugar de medir la resistencia, se calcula la tensión. Ahora, con el mechero caliente en un extremo del termopar. Cuando el multímetro muestra un voltaje en el rango de 25-30 mV, entonces está funcionando correctamente. O bien, cuando el voltaje está cerca de 20 mV, entonces el dispositivo debe ser reemplazado.

Prueba de circuito cerrado

Aquí, el equipo utilizado son pinzas de cocodrilo, adaptador de termopar y multímetro digital. Aquí, el adaptador se coloca dentro de la válvula de gas y luego el termopar se coloca en un borde del adaptador. Ahora, enciende el multímetro. Cuando la lectura está en el rango de 12-15 mV, el dispositivo está en condiciones adecuadas. De lo contrario, cuando la lectura de voltaje cae por debajo de 12 mV, indica un dispositivo defectuoso.

Entonces, usando los métodos de prueba anteriores, uno puede averiguar si un termopar está funcionando correctamente o no.

¿Cuál es la diferencia entre termostato y termopar?

Las diferencias entre termostato y termopar son:

Ventajas desventajas

Las ventajas de los termopares incluyen las siguientes.

• La precisión es alta
• Es robusto y se puede utilizar en entornos duros y con alta vibración.
• La reacción térmica es rápida.
• El rango de funcionamiento de la temperatura es amplio.
• Amplio rango de temperatura de funcionamiento
• El costo es bajo y extremadamente consistente

Las desventajas de los termopares incluyen las siguientes.

• No linealidad
• Estabilidad mínima
• Baja tensión
• Se requiere referencia
• menor sensibilidad
• La recalibración del termopar es difícil

Aplicaciones

Algunos de los aplicaciones de termopares Incluya lo siguiente.

• Estos se utilizan como sensores de temperatura. en termostatos en oficinas, hogares, oficinas y negocios.
• Estos se utilizan en industrias para monitorear temperaturas de metales en hierro, aluminio y metal.
• Estos se utilizan en la industria alimentaria para aplicaciones criogénicas y de baja temperatura. Los termopares se utilizan como bomba de calor para realizar enfriamiento termoeléctrico.
• Estos se utilizan para probar la temperatura en las plantas químicas, plantas de petróleo.
• Se utilizan en máquinas de gas para detectar la llama piloto.

¿Cuál es la diferencia entre RTD y termopar?

La otra cosa más importante que debe considerarse en el caso del termopar es en qué se diferencia del dispositivo RTD. Entonces, la tabla explica las diferencias entre RTD y termopar.

¿Qué es la vida útil?

los vida útil del termopar se basa en la aplicación cuando se utiliza. Por lo tanto, no se puede predecir específicamente el período de vida útil del termopar. Cuando el dispositivo se mantiene correctamente, el dispositivo tendrá una vida útil prolongada. Considerando que, después de un uso continuo, pueden dañarse debido al efecto del envejecimiento.

Y también, debido a esto, el rendimiento de salida se reducirá y las señales tendrán poca eficiencia. El precio del termopar tampoco es alto. Por lo tanto, es más recomendable modificar el termopar cada 2-3 años. Esta es la respuesta a cuál es la vida útil de un termopar ?

Por lo tanto, se trata de una descripción general del termopar. Finalmente, de la información anterior, podemos concluir que la medición de salida de termopar se puede calcular utilizando métodos como un multímetro, potenciómetro y amplificador por dispositivos de salida. El propósito principal del termopar es generar mediciones de temperatura consistentes y directas en varias aplicaciones diferentes.