Universidad Nacional de Chimborazo

Facultad Ingeniería

Carrera de Electrónica y telecomunicaciones

Tecnología Eléctrica

Nombre: Johnatan Robalino Fecha: 13 /05/2016

Curso: 2do Semestre Docente: Giovanny Cuzco

Ensayo de Termocuplas

Introducción

Las termocuplas consiste en medir la temperatura con cual es una magnitud de referida a las nociones

comunes de caliente, tibio, frío. En Tecnología Eléctrica, se define como una magnitud

escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero

de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía

interna conocida como "energía cinética", que es la energía asociada a los movimientos de las

partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones.

Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad molecular de

la materia.

I. TERMOCUPLAS

Las termocuplas son los sensores de temperatura eléctricos más utilizados en la industria. Una

termocupla se hace con dós alambres de distinto material unidos en un extremo, al aplicar temperatura

en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño, del orden de los milivolts el cual aumenta

con la temperatura. Este sería un esquema de ejemplo de una termocupla cualquiera.

Estos dispositivos suelen ir encapsulados en vainas, para protegerlos de las condiciones extremas en

ocasiones del proceso industrial que tratan de ayudar a controlar, por ejemplo suele utilizarse acero

inoxidable para la vaina, de manera que 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 ). Además según la distancia a

los aparatos encargados de tratar la pequeña señal eléctrica de estos transductores, también deben

utilizarse cables compensados para transportar esta señal sin que la modifique o la modifique de una

manera fácilmente reconocible y reversible para los dispositivos de tratamiento de la señal. También se

da el caso de que los materiales empleados en la termocupla como el platino puro, hagan inviable

económicamente extender la longitud de los terminales de medición de la termocupla

II. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Esquema de conexión de cable compensado y termocupla

Los cables compensados tienen una polaridad de conexión (+) y (-)

que al conectarse con la termocupla se debe respetar. Es importantísimo que estos dos cables

compensados sean para el tipo de termocupla que se está usando y además estén conectados con la

polaridad correcta ( + ) con ( + ) y ( - ) con ( - ). De otra forma será imposible obtener una medición sin

error.

Las termocuplas podrían clasificarse atendiendo a varios criterios como material del que están

construidas, su tolerancia o desviación, etc. Durante varios años ha habido diferentes organismos de

estandarización de nacionalidades diferentes intentando normalizar la gran variedad de este tipo de

sensores e incluso unificar sus criterios de normalización.

III. DISPOSITIVOS ACONDICIONADORES DE SEÑAL

Los transductores son dispositivos que convierten fenómenos físicos como temperatura, carga, presión

o luz a señales eléctricas como voltaje y resistencia. Las características de los transductores definen

muchos de los requerimientos de acondicionamiento de señales de un sistema DAQ. 

Además al conectar el cable del termopar al cable que lo conecta al dispositivo de medición se crea una

junta termoeléctrica adicional conocida como junta fría. Entonces el voltaje medido, V MES incluye el

voltaje del termopar y los voltajes de junta fría (V CJ). El método para compensar estos voltajes de

junta fría no deseados es conocido como compensación de junta fría.

La mayoría de los productos de acondicionamiento de señal de National Instruments compensan las

juntas frías usando un sensor adicional, como un termistor o sensor IC. Este sensor es colocado en el

conector de señales o bloque terminal para medir la temperatura ambiente en la junta fría directamente.

El software después puede calcular la compensación apropiada para los voltajes termoeléctricos

indeseados.

RTDs

Otro popular sensor de temperatura es el resistance-temperature detector (RTD), un dispositivo que

incrementa su resistencia con la temperatura. El tipo de RTD más utilizado esta hecho de platino y

cuanta con una resistencia nominal de 100 W a 0 °C. Porque el RTD es un dispositivo resistivo, se debe

de pasar corriente a través del RTD para producir un voltaje que el dispositivo DAQ pueda leer. Con

resistencias relativamente bajas (100W) que cambian muy poco con la temperatura (menos de 0.4

W/°C), los RTDs requieren de acondiconamiento de señal con fuentes de exitación de corriente

altamente precisas, amplificadores de alta ganancia y conectores para mediciones de 4 y 3 hilos. Por

ejemplo, una medición de RTD de 2 hilos como la que se muestra en la Figura 3a, incluye errors de

caída de voltaje causados por la corriente de exitación pasando por la punta resistiva RL. Estos errores,

los cuales pueden ser significativos se eliminan usando un RTD de 4 hilos, como el de la Figura 3b. La

configuración de 4 hilos usa un segundo par de cables para pasar la corriente de exitación. De esta

manera una corriente casi insignificante fluye a través de los cables del sensor y así el error de punta

resistiva es muy pequeño.

Galgas Extensiométricas

La galga extensiométrica es un dispositivo comunmente usando el pruebas y mediciones mecánicas. La

galga más común, la galga extensiométrica de resistencia, consiste de una matríz de bobinas o cable

muy fino el cual varia su resistencia linealmente dependiendo de la carga aplicada al disposistivo.

Cuando usted usa una galga extensiométrica, usted pega la galga directamente al dispositivo bajo

prueba, aplica fuerza y mide la carga detectando los cambios en resistencia. Las galgas

extensiométricas también son usados en sensores que detectan fuerza, aceleración, presión y vibración.

www.ni.com/latam National Instruments 3 Ya que las mediciones de carga requieren detectar cambios

muy pequeños de resistencia, el circuito de puente Wheatstone se usa predominantemente. El circuito

de puente Wheatstone consiste de cuatro elementos resistivos con exitación de voltaje aplicado en las

puntas del puente. Las galgas extensiométricas pueden ocupar uno, dos o cuatro brazos del puente,

completando con resistencias fijas los brazos que sobran. La Figura 4 muestra una configuración con

una galga de medio puente, que consiste de dos elementos de carga RG1 y RG2 , en combinación con

dos resistencias fijas R1 y R2 . Con una fuente de voltaje VEXC alimentando el puente, el sistema de

medición mide el voltaje VMEAS a través del puente. En el estado donde no hay carga aplicada,

cuando la relación de RG1 a RG2 es igual a la relación de R1 y R2, el voltaje medido en VMEAS es 0

V. A esta condicion se le conoce como puente balanceado. A medida que carga es aplicada a las galgas,

el valor de sus resistencias cambia, causando un cambio cambios en el voltaje VMEAS. Los productos

de acondicionamiento para galgas extensiométricas cuantan con fuentes de exitación de voltaje,

amplificadores de ganancia y provisiones de resistores precisos y estables para completar los puentes

(vea Figura 5). Porque muy rara vez los puentes de galgas son balanceados perfectamente, algunos

acondicionadores de señales usan eliminación de offset, un proceso en el cual usted puede ajustar la

relación de resistencias y remover el voltaje de offset inicial. De manera alterna, usted puede medir el

voltaje de offset inicial y usar esta medición en sus rutinas de conversiones para compensar por la

condicion inicial.

LVDTs

Desplazamiento lineal. Todos los LVDTs consisten de una bobina estacionaria y un centro libre (vea

Figura a y dos bobinas secundarias. El centro es un rodillo altamente bobinas. Así el rodillo interno se

puede mover de un lado a otro libremente sin fricción. C secundarias a través del cento magnético. La

posición del centro determina que tanto la señal de excitación centro esta en el medio, los voltajes de

las bobinas centro se mueve hacia la izquierda, la bobina del centro se acopla mas a la bobina de la

izquierda. manera se crea una señal de salida en fase con la señal de excitación. Igualmente a medida

que el centro grados fuera de fase con el voltaje de e

Acelerómetros

Los acelerómetros son dispositivos usados para medir aceleración y vibración (Vea Figura 7). El

dispositivo consiste de una masa conocida pegada a un elemento piezoeléctrico. A medida que el

acelerómetro se mueve, la masa aplica fuerza al crystal generando una carga. Al leer esta carga se

puede determinar la aceleración. Los acelerómetros son direccionales, esto quiere decir que solo miden

aceleración en un eje. Para monitorear aceleración en tres dimensiones, use un acelerómetro multieje.

Existen acelerómetros de dos tipos, pasivos y activos. Los acelerómetros pasivos envían la carga

generada por el elemento piezoeléctrico. Ya que la señal es muy pequeña, los acelerómetros pasivos

requieren de un amplificador para amplificar las señal. Los acelerómetros activos incluyen circuitería

interna para convertir la carga del acelerómetro a una señal de voltaje, pero requieren de una fuente

constante de corriente para alimentar el circuito.

Señales de corriente

Muchos de los dispositivos y transmisores que se usan en aplicaciones de control y monitoreo de

procesos generan una señal de corriente, normalmente de 0 a 20 mA o de 4 a 20 mA. Las señales de

corriente se usan porque son menos propensas a los errores causados por ruido o caídas de voltaje en

cables que son muy largos. Los acondicionadores de señal convierten las señales de corriente a señales

de voltaje al pasar la corriente a través de una resistencia de precisión (Vea Figura 8). El voltaje que

resulta (VMEAS = IS R) después puede ser digitalizado.

IV. APLICACIONES

Las Termocuplas no estándar:

Hay muchos otros materiales que se utilizan para construir termocuplas además de aquellos que tienen

asignada una denominación con letra por la ISA (IEC). Estas otras termocuplas exhiben características

especiales que no se encuentran en los tipos estándar, lo cual las hace adecuadas para aplicaciones

especiales. las características y la f.e.m. de salida pueden variar de un fabricante a otro, razón por la

que se debe consultar al fabricante en relación a aplicaciones específicas.

Hay una aleación en particular, que debernos considerar por separado. Se trata de la aleación hierro-

constantán Fe - CuNi. quizás la más difundida antes de la homologación de las normas ANSI MC 96.1

(IPTS - 68) y DIN 43710, las más importantes a nivel mundial.

Características de las termocuplas no estándar

Las Termocuplas estándar:

Hay siete tipos de termocuplas que tienen designaciones con letras elaboradas por el Instrument Society

of America (ISA). El U.S. National Bureau of Standardg (NBS), por su parte, ha preparado tablas de

correlación temperatura f.e.m. para estas termocuplas, las que han sido publicadas por el American

National Standards Institute (ANSI) y el American Society for Testing and Materials (ASTM).

Durante el año 1986. se ha procedido a uniformar las normas europeas DIN (alemanas), BS (inglesas),

NF (francesas) y las antedichas ANSI (norteamericanas) en cuanto a la correlación de temperaturas y

f.e.m. así como en lo que hace a las tolerancias de estas f.e.m. en las distintas aleaciones.

Composición, rango de temperaturas, diámetros de alambre apropiado y fuerzas electromotrices (f.e.m.) correspondientes a distintas termocuplas

V. Efectos térmicos en conductores

Las termocuplas tipo J se usan principálmente en la industria del plástico, goma (extrusión e

inyección ) y fundición de metales a bajas temperaturas (Zamac, Aluminio). Que es una

termocupla ? ? Que són y como funcionan las termocuplas ? Control & Instrumentación Nota

Técnica 2, rev. b, http://www.arian.cl 2 La dependencia entre el voltaje entregado por la

termocupla y la temperatura no es lineal ( no es una recta ) , es deber del intrumento electrónico

destinado a mostrar la lectura, efectuar la linealización, es decir tomar el voltaje y conociendo el

tipo de termocupla, ver en tablas internas a que temperatura corresponde este voltaje. 50 mV 25

mV 500 ˚C 1000 ˚C 1500 ˚C La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a

temperaturas menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos

térmicos. Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusívamente en la industria siderúrgica

(fundición de acero) Finálmente las tipo T eran usadas hace algún tiempo en la industria de

alimentos, pero hán sido desplazadas en esta aplicación por los Pt100 (ver la nota técnica 4).

VI. ANÁLISIS

Se dedujo que la termocupla, también llamado termopar, es un dispositivo especial que se

utiliza para medir las temperaturas extremas o de gran alcance. Los termómetros estándar

funcionan bien en temperaturas normales, pero no soportan temperaturas extremadamente

calientes o frías. Un termopar, por otro lado, puede medir temperaturas por encima desde los

1800 grados centígrados hasta medir cerca de una temperatura cercana a los 0 grados. La

desventaja es que los termopares a menudo son menos precisos que otros dispositivos para medir

la temperatura.

Conclusión

Determinamos que las termocuplas es una buen tema de aprendizaje para la vida útil, con

aparatos midiendo la temperatura con lo cual más nos enseña y despeñarlo en las empresas, o

en otros lugares para una mejor desarrollo de investigación y así con llevar a un futuro ideal.