Control de Lectura – Instrumentación y Medición

Control de Lectura – Instrumentación y Medición

Termocuplas Tipo J y K

A)  COMPONENTES:

• 01 Fuente generadora de calor.
• 02 multímetros digitales para tomar las lecturas en milivoltios.
• 01 termómetro digital
• 02 termocuplas ensambladas: J y K
• Alambres de extensión J y K

B)  OBJETIVO:

Analizar en forma experimental el uso correcto de los sensores de temperatura industriales.

Comparar los cambios de respuesta en el tiempo de una termocupla ante los cambios de temperatura del proceso a simular.

Comparar experimentalmente las curvas de respuesta teórica y las obtenidas en los casos prácticos (utilizar el criterio de compensación).

Analizar los fenómenos llamados disturbios y su implicancia en un sistema de medición.

[pic 1]

 Figura 01. Curva de respuesta de las Termocuplas

C)  INFORMACION PRELIMINAR:

¿Qué es una termocupla?

Las termocuplas son sensores de temperatura más comunes utilizados industrialmente. La fabricación de una termocupla se basa en dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Por lo tanto, al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivoltios el cual aumenta con la temperatura.

Por ejemplo, una termocupla "tipo J" está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán (aleación de cobre y nickel). Por ello, al colocar la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los extremos 42.2 milivoltios. Ver la figura 02.

                        [pic 2]

Figura 02. Termocupla J

Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina), en un extremo se encuentra la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal). A continuación se muestra, en la figura 03, un cuadro indicando el material utilizado en la fabricación de otras cinco termocuplas: K, T, R, S y B.  [pic 3]

Figura 03. Cuadro de termocuplas

Linealización:         

La dependencia entre el voltaje entregado por la termocupla y la temperatura es totalmente no lineal (no es una recta, ver la figura 04), por ello es el deber del instrumento electrónico destinado a mostrar la lectura y efectuar la linealización; es decir, tomar el voltaje y conociendo el tipo de termocupla, observar en tablas internas ya preparadas la temperatura a la cual corresponde dicho voltaje.

[pic 4]

Figura 04. Curvas de termocuplas

"Compensación de cero"

El principal inconveniente de las termocuplas es su necesidad de "compensación de cero". Esto se debe a que en algún punto, habrá que empalmar los cables de la termocupla con un conductor normal de cobre.

En ese punto se producirán dos nuevas termocuplas con el cobre como metal para ambas, generando cada una un voltaje proporcional a la temperatura de ambiente ( Ta ) en el punto del empalme.

Antiguamente se solucionaba este problema colocando los empalmes en un baño de hielo a cero grados para que generen cero voltaje (Ta = 0 y luego V(Ta) = 0 ).

Actualmente todos los instrumentos modernos miden la temperatura en ese punto (mediante un sensor de temperatura adicional) y la suman para crear la compensación y obtener así la temperatura real. El punto de empalme (llamado "unión ó juntura de referencia"), está siempre en el conector a la entrada del instrumento, pues ahí se encuentra el sensor de temperatura; de modo que es necesario llegar con el cable de la termocupla hasta el mismo instrumento. Ver la figura 05.

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