Par termoeléctrico

Un termopar es un dispositivo eléctrico que consta de dos conductores eléctricos diferentes que forman una unión eléctrica . Un termopar produce un voltaje dependiente de la temperatura como resultado del efecto Seebeck , y este voltaje se puede interpretar para medir la temperatura . Los termopares se utilizan ampliamente como sensores de temperatura . ^[1]

Los termopares comerciales son económicos, ^[2] intercambiables, se suministran con conectores estándar y pueden medir una amplia gama de temperaturas. A diferencia de la mayoría de los otros métodos de medición de temperatura, los termopares son autoalimentados y no requieren ninguna forma externa de excitación. La principal limitación de los termopares es la precisión; Los errores del sistema de menos de un grado Celsius (°C) pueden ser difíciles de lograr. ^[3]

Los termopares son ampliamente utilizados en la ciencia y la industria. Las aplicaciones incluyen la medición de temperatura para hornos , gases de escape de turbinas de gas, motores diésel y otros procesos industriales. Los termopares también se utilizan en hogares, oficinas y negocios como sensores de temperatura en termostatos y también como sensores de llama en dispositivos de seguridad para electrodomésticos a gas.

En 1821, el físico alemán Thomas Johann Seebeckdescubrió que una aguja magnética sostenida cerca de un circuito formado por dos metales diferentes se desviaba cuando se calentaba una de las uniones de metales diferentes. En ese momento, Seebeck se refirió a esta consecuencia como termomagnetismo. Más tarde se demostró que el campo magnético que observó se debía a una corriente termoeléctrica. En el uso práctico, el voltaje generado en una sola unión de dos tipos diferentes de cable es lo que interesa, ya que se puede usar para medir la temperatura a temperaturas muy altas y bajas. La magnitud del voltaje depende de los tipos de cable que se utilicen. Generalmente, el voltaje está en el rango de microvoltios y se debe tener cuidado para obtener una medida utilizable. Aunque fluye muy poca corriente, la energía puede ser generada por una sola unión de termopar. Generación de energía utilizando múltiples termopares, como en untermopila , es común.

La configuración estándar para el uso de termopares se muestra en la figura. Brevemente, la temperatura deseada T _sentido se obtiene utilizando tres entradas: la función característica E ( T ) del termopar, el voltaje medido V y la temperatura de las uniones de referencia T _ref . La solución a la ecuación E ( T _sentido ) = V + E ( T _ref ) produce T _sentido . Estos detalles a menudo están ocultos para el usuario ya que el bloque de unión de referencia (con T _ref termómetro), voltímetro y solucionador de ecuaciones se combinan en un solo producto.

El efecto Seebeck se refiere al desarrollo de una fuerza electromotriz en dos puntos de un material conductor de electricidad cuando hay una diferencia de temperatura entre esos dos puntos. En condiciones de circuito abierto donde no hay flujo de corriente interna, el gradiente de voltaje ( ) es directamente proporcional al gradiente de temperatura ( ): ${\ estilo de pantalla \ estilo de script {\ símbolo de negrita {\ nabla}} V}$ ${\ estilo de pantalla \ estilo de script {\ símbolo de negrita {\ nabla}} T}$

Termopar conectado a un multímetro que muestra la temperatura ambiente en °C

Termopar tipo K ( cromel – alumel ) en la configuración de medición de termopar estándar. El voltaje medido se puede usar para calcular la temperatura , siempre que se conozca la temperatura.

{\ estilo de pantalla \ estilo de script V}

\scriptstyle T_{\mathrm {sentido} }

\scriptstyle T_{\mathrm {ref} }

Bloque de unión de referencia dentro de un medidor de temperatura Fluke CNX t3000. Dos cables blancos se conectan a un termistor (incrustado en un compuesto térmico blanco) para medir la temperatura de las uniones de referencia.

Funciones características para termopares que alcanzan temperaturas intermedias, como las cubiertas por termopares de aleación de níquel tipos E, J, K, M, N, T. También se muestran la aleación de metal noble tipo P y las combinaciones de metal noble puro oro-platino y platino-paladio.

Funciones características para tipos de termopares de alta temperatura, que muestran termopares de aleación Pt/Rh, W/Re, Pt/Mo e Ir/Rh. También se muestra el termopar de metal puro Pt-Pd.

Características del termopar a bajas temperaturas. El termopar basado en AuFe muestra una sensibilidad constante a bajas temperaturas, mientras que los tipos convencionales pronto se aplanan y pierden sensibilidad a bajas temperaturas.

Termopar tipo K típico de bajo costo (con conector tipo K estándar ). Si bien los cables pueden sobrevivir y funcionar a altas temperaturas, el aislamiento de plástico comenzará a descomponerse a los 300 °C.

Termopar sin tapa de punta Ejemplo de adquisición de datos de temperatura de estaño caliente. Usé Arduino y MAX31855K ^[31] Convertidor de termopar a digital con compensación de unión fría y fijé una tasa de frecuencia de ~66 Hz.

Un termopar (el tubo más a la derecha) dentro del ensamblaje del quemador de un calentador de agua

Conexión termopar en aparatos de gas. La bola final (contacto) de la izquierda está aislada del accesorio por una arandela aislante . La línea de termopar consta de alambre de cobre, aislante y cubierta exterior de metal (generalmente cobre) que también se utiliza como conexión a tierra . ^[32]

Encendedor de llama (superior) y sensor de llama