Medida de temperaturas (II) Ingeniero de
Introducción Tipos de termómetros Termómetros resistivos Descripción Curvas de respuesta Medidas Contenido Termópares y Circuitos Integrados Leyes básicas de termopares Termopares comerciales Circuito de medida Curvas de respuesta estática Termómetros de circuito integrado
Termopares Se basan en el efecto termoeléctrico (generación de f.e.m. en función de la temperatura) de dos metales soldados. Ventajas: Robustez Economía Transductor activos (genera una tensión eléctrica sin necesidad de fuente de alimentación) Pequeño Inconvenientes Baja sensibilidad (unos pocos µv por C) Requieren medidas con alta resolución Son altamente no lineales. Los termopares son probablemente los transductores de temperatura más usados en la medida rutinaria de temperaturas.
Circuito termoeléctrico Termopares Dos (o más) metales (o aleaciones) distintos Distribución no uniforme de temperaturas Metal A T 1 T 2 V 0 si T1 T2 Metal B difusión de electrones de un metal a otro difusión de electrones dentro de un metal debido al gradiente térmico V
Leyes básicas de los termopares 1. Circuito equivalente Metal A T 2 T 1 Metal A Metal B E AB (T 1 ) V Metal B V = E AB (T 1 ) - E AB (T 2 ) Ojo con los signos! E AB quiere decir A positivo y B negativo V E AB (T 2 )
Leyes básicas de los termopares 2. Neutralidad de un metal interpuesto Metal A Metal A T T T 1 Metal C 2 2 T 1 Metal B Metal B V V E AC (T 1 ) E AB (T 1 ) E CB (T 1 ) E AB (T 1 ) = E AC (T 1 ) + E CB (T 1 )
Calibración Leyes básicas de los termopares Metal A T = 0ºC 2 T 1 E 0 AB = E AB (0ºC) Metal B V V = V 0 AB (T 1 ) = E AB (T 1 ) E0 AB Constante Puede tomarse =0 (aunque no siempre conviene) La solución debe ser independiente del valor de la constante
Leyes básicas de los termopares Circuito usual de medida Metal A T T 1 2 Metal B V = E AB (T 1 ) - E ACu (T 2 ) - E CuB (T 2 ) V = E AB (T 1 ) - E AB (T 2 ) Bloque isotermo Cu E AB (T 1 ) V = V 0 AB (T 1 ) - V0 AB (T 2 ) E CuB (T 2 ) E ACu (T 2 )
Curvas de respuesta de los termopares Existen tablas y expresiones analíticas para termopares normalizados Combinaciones de aleaciones con 1. Señal (sensibilidad) alta 2. Gran estabilidad http://www.pyromation.com/downloads/tables.html http://srdata.nist.gov/its90/main/its90_main_page.html Tipo J K T B R S E N Metal A (+) Fe Cromel Cu Pt-30%Rh Pt-13%Rh Pt-13%Rh Cromel Ni-14%Cr-1.5%Si Metal B (-) Constantán Alumel Constantán Pt-6%Rh Pt Pt Constantán Ni-4.5%Si-0.1%Mn
Curvas de respuesta de los termopares Ingeniero de
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Metal A T T 1 2 Metal B Medida con termopares Bloque isotermo Cu V = V 0 AB (T 1 ) - V0 AB (T 2 ) 1. Es necesario conocer T 2. Habitualmente se hace con ayuda de un equipo externo. 2. Obtener V 0 AB (T 2 ). Para ello leer en las TABLA con el valor de T 2 3. Calcular V 0 AB (T 1 ). Para ello medir la tensión V y emplear la expresión anterior: V 0 AB (T 1 ) = V + V0 AB (T 2 ) 4. Con V 0 AB (T 1 ), entrar en la tabla correspondiente y obtener T 1. Normalmente es necesario interpolar entre dos puntos.
Medida con termopares Ejemplo: Se desea medir la Temperatura con un termopar Cromel-Alumel. Para ello se mide la tensión utilizando un amplificador de ganancia 250. Si el bloque isotermo está a 21ºC, determinar la temperatura cuando la tensión de salida final es de 1.236 voltios. V 0 AB (T 1 ) = V + V0 AB (T 2 ) Cromel T 1 T Alumel 2 V= Vs/250=1.236/250=4.944e-3 V = 4.944 mv Cromel-alumel = tipo K, 21ºC
Medida con termopares Ejemplo: Se desea medir la Temperatura con un termopar Cromel-Alumel. Para ello se mide la tensión utilizando un amplificador de ganancia 250. Si el bloque isotermo está a 21ºC, determinar la temperatura cuando la tensión de salida final es de 1.236 voltios. Cromel T 1 T Alumel 2 V 0 AB (T 1 ) = V + V0 AB (T 2 ) = 4.944 + 0.838 = 5.782 mv T a = 141ºC, V a = 5.775 mv T b = 142ºC, V b = 5.815 mv T (ºC) 141.2ºC a b V (mv)
Termómetros de circuito integrado Actúan como fuente de intensidad constante I = C T x T ABSOLUTA Coeficiente de temperatura aproximadamente 1µA/ºK
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