Hay muchos dispositivos y mecanismos diferentes que te permiten medir la temperatura. Algunos de ellos se utilizan en la vida cotidiana, otros, para diversas investigaciones físicas, en procesos de producción y otras industrias.
Uno de estos dispositivos es un termopar. Consideraremos el principio de funcionamiento y el esquema de este dispositivo en las siguientes secciones.
Bases físicas del funcionamiento del termopar
El principio de funcionamiento de un termopar se basa en procesos físicos ordinarios. Por primera vez, el científico alemán Thomas Seebeck estudió el efecto sobre el que funciona este dispositivo.
La esencia del fenómeno en el que se basa el principio de funcionamiento de un termopar es la siguiente. En un circuito eléctrico cerrado, formado por dos conductores de diferente tipo, cuando se expone a una temperatura ambiente determinada, surge electricidad.
El flujo eléctrico resultante y la temperatura ambiente que actúa sobre los conductores están en una relación lineal. Es decir, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la corriente eléctrica producida por el termopar. Sobre eleste es el principio de funcionamiento del termopar y la termorresistencia.
En este caso, un contacto de termopar está ubicado en el punto donde es necesario medir la temperatura, se llama "caliente". El segundo contacto, con otras palabras - "frío", - en la dirección opuesta. El uso de termopares para la medición solo se permite cuando la temperatura del aire en la habitación es más baja que en el lugar de medición.
Este es un breve diagrama del funcionamiento de un termopar, el principio de funcionamiento. Los tipos de termopares se discutirán en la siguiente sección.
Tipos de termopares
En todas las industrias donde se necesitan mediciones de temperatura, el termopar es la principal aplicación. El dispositivo y el principio de funcionamiento de varios tipos de esta unidad se indican a continuación.
Termopares de cromo-aluminio
Estos circuitos de termopar se utilizan en la mayoría de los casos para la producción de varios sensores y sondas que le permiten controlar la temperatura en la producción industrial.
Sus características distintivas incluyen un precio bastante bajo y una amplia gama de temperaturas medidas. Te permiten fijar la temperatura de -200 a +13000 grados centígrados.
No es recomendable utilizar termopares con aleaciones similares en comercios e instalaciones con alto contenido de azufre en el aire, ya que este elemento químico afecta negativamente tanto al cromo como al aluminio, provocando mal funcionamiento en el aparato.
Termopares Chromel-Kopel
El principio de funcionamiento de un termopar, cuyo grupo de contacto consta de estas aleaciones, es el mismo. Pero estos dispositivos funcionan principalmente en un medio líquido o gaseoso, que tiene propiedades neutras y no agresivas. El índice de temperatura superior no supera los +8000 grados Celsius.
Se utiliza un termopar similar, cuyo principio permite determinar el grado de calentamiento de cualquier superficie, por ejemplo, para determinar la temperatura de hornos de hogar abierto u otras estructuras similares.
Termopares de hierro-constantán
Esta combinación de contactos en un termopar no es tan común como la primera de las variedades consideradas. El principio de funcionamiento de un termopar es el mismo, pero esta combinación se ha mostrado bien en una atmósfera enrarecida. El nivel máximo de la temperatura medida no debe exceder los +12500 grados Celsius.
Sin embargo, si la temperatura comienza a subir por encima de los +7000 grados, existe el peligro de violaciones de la precisión de la medición debido a cambios en las propiedades físicas y químicas del hierro. Incluso hay casos de corrosión del contacto de hierro del termopar en presencia de vapor de agua en el aire ambiente.
Termopares de platino-rodio-platino
El termopar más caro de fabricar. El principio de funcionamiento es el mismo, pero se diferencia de sus homólogos en lecturas de temperatura muy estables y fiables. Tiene sensibilidad reducida.
La principal aplicación de estos dispositivos es la medición de altas temperaturas.
Termopares de tungsteno-renio
También se usa para medir temperaturas ultra altas. El límite máximo que se puede fijar usando este esquema alcanza los 25 mil grados centígrados.
Su aplicación requiere el cumplimiento de ciertas condiciones. Por lo tanto, en el proceso de medición de la temperatura, es necesario eliminar completamente la atmósfera circundante, que tiene un efecto negativo en los contactos como resultado del proceso de oxidación.
Para esto, los termopares de tungsteno-renio generalmente se colocan en cubiertas protectoras llenas de un gas inerte para proteger sus elementos.
Arriba, se consideró cada termopar existente, dispositivo, su principio de funcionamiento, dependiendo de las aleaciones utilizadas. Ahora considere algunas características de diseño.
Diseños de termopar
Hay dos tipos principales de diseños de termopares.
- Con capa aislante. Este diseño del termopar permite aislar la capa de trabajo del dispositivo de la corriente eléctrica. Esta disposición permite utilizar el termopar en el proceso sin aislar la entrada de tierra.
- Sin el uso de una capa aislante. Dichos termopares solo se pueden conectar a circuitos de medición cuyas entradas no tengan contacto con tierra. Si no se cumple esta condición, el dispositivo desarrollará dos circuitos cerrados independientes, lo que dará como resultado lecturas de termopar no válidas.
Termopar móvil y su aplicación
Hay un separadoun tipo de este dispositivo, llamado "correr". Ahora consideraremos el principio de funcionamiento de un termopar en funcionamiento con más detalle.
Este diseño se utiliza principalmente para detectar la temperatura de una palanquilla de acero durante su procesamiento en torneado, fresado y otras máquinas similares.
Cabe señalar que en este caso también es posible utilizar un termopar convencional; sin embargo, si el proceso de fabricación requiere una alta precisión de temperatura, es difícil sobrestimar el termopar en funcionamiento.
Al aplicar este método, sus elementos de contacto se sueldan en la pieza de trabajo por adelantado. Luego, durante el procesamiento del blanco, estos contactos están constantemente expuestos a la acción de un cortador u otra herramienta de trabajo de la máquina, como resultado de lo cual la unión (que es el elemento principal cuando se toman lecturas de temperatura) parece "correr".” a lo largo de los contactos.
Este efecto es ampliamente utilizado en la industria metalúrgica.
Características tecnológicas de los diseños de termopares
Al fabricar un circuito de termopar en funcionamiento, se sueldan dos contactos metálicos que, como saben, están hechos de diferentes materiales. El cruce se llama cruce.
Cabe señalar que no es necesario realizar esta conexión mediante soldadura. Simplemente tuerza dos contactos juntos. Pero dicho método de producción no tendrá un nivel suficiente de confiabilidad y también puede dar errores al tomar lecturas de temperatura.
Si necesitas medir altotemperaturas, la soldadura de metales se reemplaza por su soldadura. Esto se debe a que, en la mayoría de los casos, la soldadura utilizada en la conexión tiene un punto de fusión bajo y se rompe cuando se supera.
Los circuitos que han sido soldados pueden soportar un rango de temperatura más amplio. Pero este método de conexión también tiene sus inconvenientes. La estructura interna del metal cuando se expone a altas temperaturas durante el proceso de soldadura puede cambiar, lo que afectará la calidad de los datos obtenidos.
Además, se debe monitorear la condición de los contactos del termopar durante su operación. Entonces, es posible cambiar las características de los metales en el circuito debido al impacto de un ambiente agresivo. Puede ocurrir oxidación o interdifusión de materiales. En tal situación, se debe reemplazar el circuito operativo del termopar.
Tipos de uniones termopar
La industria moderna produce varios diseños que se utilizan en la fabricación de termopares:
- cruce abierto;
- con unión aislada;
- con conexión a tierra.
Una característica de los termopares de unión abierta es su escasa resistencia a las influencias externas.
Los siguientes dos tipos de diseño se pueden usar al medir temperaturas en entornos agresivos que tienen un efecto devastador en el par de contactos.
Además, la industria actualmente está dominando esquemas para la producción de termopares utilizando tecnologías de semiconductores.
Error de medición
La precisión de las lecturas de temperatura obtenidas con un termopar depende del material del grupo de contacto, así como de factores externos. Estos últimos incluyen la presión, la radiación de fondo u otras razones que pueden afectar los parámetros físico-químicos de los metales de los que están hechos los contactos.
El error de medición consta de los siguientes componentes:
- error aleatorio causado por el proceso de fabricación del termopar;
- error causado por violación del régimen de temperatura del contacto "frío";
- error causado por interferencia externa;
- error del equipo de control.
Los beneficios de usar termopares
Los beneficios de usar estos dispositivos de control de temperatura, independientemente de la aplicación, incluyen:
- amplia gama de indicadores que se pueden registrar usando un termopar;
- La unión del termopar, que participa directamente en la toma de lecturas, se puede colocar en contacto directo con el punto de medición;
- Los termopares son fáciles de fabricar, resistentes y duraderos.
Desventajas de medir la temperatura con un termopar
Las desventajas de usar un termopar incluyen:
- La necesidad de un control constante de la temperatura del contacto "frío" del termopar. Este es un distintivocaracterística de diseño de los instrumentos de medición, que se basan en un termopar. El principio de funcionamiento de este esquema reduce el alcance de su aplicación. Solo se pueden utilizar si la temperatura ambiente es inferior a la temperatura en el punto de medición.
- Violación de la estructura interna de los metales utilizados en la fabricación de termopares. El hecho es que, como resultado de la exposición al ambiente externo, los contactos pierden su uniformidad, lo que provoca errores en los indicadores de temperatura obtenidos.
- Durante el proceso de medición, el grupo de contacto del termopar suele estar expuesto a la influencia negativa del entorno, lo que provoca perturbaciones en el proceso. Esto nuevamente requiere sellar los contactos, lo que genera costos de mantenimiento adicionales para dichos sensores.
- Existe riesgo de exposición a ondas electromagnéticas en un termopar, cuyo diseño proporciona un grupo de contacto largo. Esto también puede afectar los resultados de la medición.
- En algunos casos, existe una violación de la relación lineal entre la corriente eléctrica que se produce en el termopar y la temperatura en el sitio de medición. Esta situación requiere la calibración del equipo de control.
Conclusión
A pesar de sus deficiencias, el método de medición de temperatura mediante termopares, que se inventó y probó por primera vez en el siglo XIX, ha encontrado su amplia aplicación en todas las ramas de la industria moderna.
Además, hay aplicaciones en las que el uso de termopareses la única forma de obtener datos de temperatura. Y después de leer este material, ha entendido completamente los principios básicos de su trabajo.
