Medición de la temperatura

¿Qué debe saber sobre los termopares?

Los termopares se basan en el principio de la medición comparativa. Un termopar está formado por dos conductores metálicos de diferentes materiales que se sueldan en la punta. Esto hace que los termopares sean especialmente resistentes a las vibraciones. Un termopar industrial consiste en un termopar que se utiliza para la medición. La temperatura del terminal o la temperatura de la unión de referencia a la que el termopar está conectado a la unidad de evaluación (por ejemplo, el transmisor) sirve siempre como referencia. Esto es necesario para que la temperatura ambiente en el punto terminal no influya en el resultado de la medición.

Was ist ein Thermoelement?

Thermoelemente basieren auf dem Prinzip der vergleichenden Messung und bestehen aus zwei metallischen Leitern verschiedener Materialien (Thermopaar), die an der Spitze miteinander verschweißt sind. Je nach Materialpaarung besitzen sie eine unterschiedlich starke Thermospannung und sind für andere Temperaturbereiche geeignet. Am häufigsten verwendet werden Thermoelemente Typ K und Thermoelemente Typ J.

¿Cómo se construye un termopar?

Normalmente, el termopar está formado por una combinación de dos materiales con diámetros que van de 0,2 a 5 mm. Cuando se utilizan materiales nobles como el rodio o el platino, estas dimensiones oscilan entre 0,1 y 0,5 mm. A la hora de seleccionar un material de termopar, hay que procurar que tenga un alto factor Seebeck y que la temperatura afecte lo menos posible a su valor para conseguir una característica lineal. El material del termopar adecuado se selecciona en función del rango de la temperatura medida.

La carcasa de la sonda está expuesta a temperaturas muy elevadas, por lo que es necesario utilizar diferentes tipos de acero. A las temperaturas más altas, el tubo de protección del termopar es de acero resistente al calor o de materiales cerámicos. El tubo protector del termopar debe ser resistente a la corrosión, al choque térmico y a los daños mecánicos. Una característica deseable para evitar la corrosión del termopar es la impermeabilidad de los gases que podrían acelerar considerablemente el proceso de envejecimiento del termopar. También hay diseños sin cubierta que se utilizan para reducir los errores dinámicos. Para mediciones especiales, como la temperatura de metales líquidos, vidrio o acero líquido, se utilizan diseños de termopares muy especializados.

Welche Eigenschaften sollte ein Thermoelement besitzen?

Das Schutzrohr muss gegen Korrosion, Temperatur­schock und mechanische Beschädigung beständig sein. Eine wünschenswerte Eigenschaft zur Vermeidung von Korrosion des Thermoelements ist die Undurchlässigkeit von Gasen, die den Alterungs­prozess des Thermoelements erheblich beschleunigen könnten. Designs ohne Abdeckung können zur Reduzierung dynamischer Fehler verwendet werden.

Außerdem sollte bei der Auswahl eines Thermoelementmaterials darauf geachtet werden, dass es einen hohen Seebeck-Faktor besitzt und dass die Temperatur seinen Wert so wenig wie möglich beeinflusst, um eine lineare Kennlinie zu erreichen.

Wie unterscheiden sich Thermoelemente und Widerstandsthermometer?

Im Gegensatz zu einem Widerstandsthermometer kann ein Thermoelement in einem wesentlich höheren Temperaturbereich eingesetzt werden. Darüber hinaus sind Thermoelemente robuster und widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Belastungen.

¿Qué combinaciones de metales hay en los termopares y cómo se reconocen?

Del gran número de combinaciones metálicas posibles, se han seleccionado algunas y se han normalizado sus propiedades, en particular la serie de tensiones y las desviaciones límite admisibles. Los siguientes elementos han sido normalizados en lo que respecta a la tensión termoeléctrica y su tolerancia tanto a nivel mundial (IEC) como a nivel europeo o nacional.

Código de colores para los termopares

Elemento

Temperatura máxima

Definido hasta

Más pierna

Pierna menos

Fe-CuNi

„J“

750°C

1200°C

negro

blanco

Ce-CuNi

„T“

350°C

400°C

marrón

blanco

NiCr-Ni

„K“

1200°C

1370°C

verde

blanco

NiCr-CuNi

„E“

900°C

1000°C

morado

blanco

NiCrSi-NiSi

„N“

1200°C

1300°C

rosa

blanco

Pt10Rh-Pt

„S“

1600°C

1540°C

naranja

blanco

Pt13Rh-Pt

„R“

1600°C

1760°C

naranja

blanco

Pt30Rh-Pt6Rh

„B“

1700°C

1820°C

gris

blanco

Termopares según DIN EN 60 584

 

Elemento

Temperatura máxima

Definido hasta

Más pierna

Pierna menos

Fe-CuNi

„L“

700°C

900°C

rojo

azul

Ce-CuNi

„U“

400°C

600°C

rojo

marrón

Termopares según DIN 43 710

Código de colores de los cables de compensación

Elemento

Tipo

Manto

Más pierna

Pierna menos

Cu-CuNi

„T“

marrón

marrón

blanco

Fe-CuNi

„J“

negro negro

blanco

NiCr-Ni

„K“

verde

verde

blanco

NiCrSi-NiSi

„N“

rosa

rosa

blanco

NiCr-CuNi

„E“

morado

morado

blanco

Pt10Rh-Pt

„S“

naranja

naranja

blanco

Pt13Rh-Pt

„R“

naranja

naranja

blanco

Codificación por colores de los elementos según la norma DIN EN 60 584

 

Elemento

Tipo

Manto

Más pierna

Pierna menos

Fe-CuNi

„L“

azul

rojo

azul

Ce-CuNi

„U“

marrón

rojo

marrón

Codificación por colores de los elementos según la norma DIN 43 713

 

Elemento

Tipo

Manto

Más pierna

Pierna menos

NiCr-Ni

„K“

verde

rojo

verde

Pt10Rh-Pt

„S“

blanco

rojo

blanco

Pt13Rh-Pt

„R“

blanco

rojo

blanco

Codificación por colores de los elementos según la norma DIN 43 714, estado 1979


¿Cómo funciona un termopar?

El principio de los termopares es el resultado del llamado efecto Seebeck. Este fenómeno se explica por la teoría de los electrones libres, según la cual los distintos tipos de conductores tienen una densidad diferente de electrones libres. En el punto de contacto de dos conductores diferentes que forman un termopar, los electrones se moverán de un conductor al otro. Un mayor número de electrones se desplazará de un conductor de mayor densidad a otro de menor densidad. La intensidad de la migración de los electrones depende de la temperatura del punto de contacto de los dos conductores, siendo también mayor cuanto mayor sea la temperatura. La fuerza electromotriz que se forma en un circuito de termopar formado por dos conductores diferentes cuyos extremos se han colocado a diferentes temperaturas viene dada por la fórmula

V=(S-SA)⋅(T2-T1)

La fuerza electromotriz resultante es del orden de unos pocos a varias decenas de microvoltios por grado Celsius.

¿Cómo elegir el termopar adecuado?

La elección del tipo de termopar depende principalmente de la temperatura de funcionamiento. Además, debe elegirse un elemento con una tensión termoeléctrica elevada para obtener una señal de medición lo más insensible posible a las interferencias. En la siguiente tabla: Propiedades de los Termopares se enumeran los diferentes elementos junto con una breve caracterización. Las temperaturas máximas recomendadas sólo pueden asumirse como valores básicos, ya que dependen en gran medida de las condiciones de aplicación. Se refieren a un diámetro de hilo de 3 mm para la base y de 0,5 mm para los elementos nobles.


Cu-CuNi

350°C

Un poco de difusión.

Fe-CuNi

700°C

Ampliamente utilizado, barato, susceptible a la corrosión.

NiCr-CuNi

700°C

Baja dispersión, alta tensión termoeléctrica.

NiCr-Ni

1000°C

A menudo se utiliza en el rango de 800 - 1000°C, también es adecuado para el rango de temperatura más bajo.

NiCrSi-NiSi

1300°C

(Todavía) poco difundido. Puede sustituir parcialmente a los elementos nobles.

Pt10Rh-Pt

1500°C (1300°C)

Costes elevados, muy buena consistencia a largo plazo, muy tolerada.

Pt30Rh-Pt6Rh

1700°C

Costes elevados, baja tensión térmica, alta temperatura máxima.


¿Cómo se conecta un termopar?

La longitud del termopar o del cable de compensación tiene una importancia secundaria debido a la baja resistencia interna. Sin embargo, en el caso de longitudes de cable más largas con una sección transversal pequeña, la resistencia del termopar o del cable de compensación puede asumir valores comparativamente altos. Para evitar errores de visualización, la resistencia interna del circuito de entrada de los dispositivos esclavos debe ser al menos 1000 veces mayor que la resistencia del termopar conectado. Sólo se pueden utilizar cables de compensación del mismo material que el propio elemento o con las mismas propiedades termoeléctricas, de lo contrario se creará un nuevo elemento en la unión. El cable de compensación debe colocarse hasta la unión de referencia. Al conectar los termopares, debe respetarse la polaridad.



¿Qué hacer en caso de cortocircuito o interrupción?

Un termopar no suministra tensión si la temperatura de medición es igual a la temperatura de la unión de referencia. Si se produce un cortocircuito en un termopar o en el cable de compensación, el nuevo punto de medición se crea en el lugar del cortocircuito. Si se produce un cortocircuito de este tipo, por ejemplo en el cabezal de conexión, ya no se muestra la temperatura del punto de medición real, sino la del cabezal de conexión. Si se produce una interrupción en el circuito de medición, el dispositivo posterior muestra la temperatura de unión de referencia.