Sondas de termopares con conectores

El termopar utiliza el efecto Seebeck, descubierto por Thomas Johann Seebeck en 1821. Este es el fenómeno por el cual la corriente eléctrica fluye en un circuito hecho de metales diferentes, cuando sus dos uniones están a diferentes temperaturas. Los metales utilizados en un termopar deben tener propiedades termoeléctricas. Esto es cuando los electrones pueden difundirse a través del material.

A temperaturas más altas, los electrones ganan energía cinética, se vuelven más móviles y aumentan el grado en que se mueven, creando así cambios en el potencial eléctrico. Muchas aleaciones a base de níquel tienen tales características y se utilizan en los cables de termopar más comunes. Por ejemplo, el termopar Tipo K usa uniones de Chromel y Alumel, que incluyen proporciones significativas de níquel. Otras combinaciones de materiales utilizadas en termopares se basan en platino-rodio y tungsteno-renio, que también poseen propiedades termoeléctricas.

La corriente y el voltaje producidos son proporcionales a la diferencia de temperatura entre las dos uniones, aunque la relación no es exactamente lineal. Los voltajes reales son muy pequeños. En un termopar Tipo K, que es ampliamente utilizado debido a su amplio rango de temperatura y bajo costo, el cambio es de 41 mV/°C.

Otro tipo de termopar produce cambios de una magnitud similar. En consecuencia, las señales de termopar deben amplificarse para su uso en sistemas de medición. Inevitablemente, cualquier voltaje adicional en las señales debido a causas externas se amplifica al mismo tiempo.

Vulnerabilidades electromagnéticas

Los altos voltajes son comunes en muchas situaciones donde se necesitan mediciones de temperatura y los campos electromagnéticos son inevitables. El calentamiento por inducción se utiliza en toda la industria y la temperatura debe medirse para garantizar procesos consistentes. Las líneas de energía eléctrica llevan altos voltajes. Los transformadores ven cargas elevadas y pueden calentarse mucho. Incluso las bujías utilizadas en motores de combustión interna generan señales electromagnéticas transitorias.

Los campos electromagnéticos afectan las lecturas de un transmisor de temperatura y termopar, y por tanto los datos registrados. Esto ocurre de dos maneras al inducir voltaje en los cables del dispositivo, causar calentamiento inductivo y agregar voltaje a la señal, problemas que pueden ocurrir en entornos de CC, pero son más severos en presencia de CA, por eso es recomendable utilizar en el termopar un transmisor de temperatura, para convertir la señal de milivolts de termopar a corriente, comúnmente es utilizado 4-20 mA, con esto se evitan las afectaciones electromagnéticas las cuales solo afectan a el voltaje y no a la corriente.

La ley de voltaje inducido de Faraday describe el fenómeno en el que mover un conductor eléctrico a través de un campo magnético da como resultado la generación de potencial eléctrico. El mismo efecto puede crear voltaje en los cables de termopar, especialmente si los cables están alineados perpendicularmente a un campo cambiante. Dado que el efecto Seebeck produce voltajes muy pequeños, incluso un campo pequeño puede alterar la lectura de la temperatura.

Calentamiento por inducción

Al someter un conductor a un campo electromagnético alterno se crean remolinos que dan lugar al calentamiento. Por lo tanto, dado que el níquel es eléctricamente conductor, un campo magnético alterno que podría encontrarse alrededor de un motor o generador grande calentará el dispositivo de medición de temperatura. Esto dará como resultado una señal que no representa con precisión la temperatura que se está midiendo.

Problemas de voltaje

Cuando un termopar se usa junto o como parte del equipo eléctrico, a menudo se conecta a ese suministro. Una vez energizado eléctricamente, es posible que una diferencia entre la tierra física y la tierra del equipo afecte el voltaje de la señal del termopar. La solución en tales casos es proporcionar aislamiento galvánico del sistema de medición de temperatura, o alternativamente, observar otros métodos de medición de temperatura.

Dispositivos de temperatura de resistencia de tipo Pt100 (RTD) y la detección de emisión de infrarrojos (IR)

Los RTD funcionan por un principio de medición en que el cambio en la resistencia de una longitud de alambre de platino es reconocido por su alta precisión y tienen buena inmunidad a los campos electromagnéticos. Sin embargo, tienden a ser frágiles y no siempre son adecuados para entornos industriales.

La medición de la emisión IR para monitoreo de temperatura tiene la ventaja de no tener contacto y puede realizarse a distancias de varios pies o más, dependiendo del tamaño del emisor. Aprovecha la Ley de Planck que describe cómo un cuerpo irradia energía en proporción a su temperatura. Sin embargo, diferentes superficies a la misma temperatura irradiarán a diferentes velocidades, lo que se debe tener en cuenta al medir la temperatura con este tipo de detectores.

El termopar mide la temperatura en microvoltios por Celsius. Estas señales necesitan amplificación para ser útiles, lo que las hace susceptibles a errores de medición cuando se usan en entornos electromagnéticos. Los voltajes pueden ser inducidos en los cables del termopar, el calentamiento por inducción puede incrementar la temperatura del termopar y los problemas de conexión a tierra pueden aumentar el voltaje medido.

Si bien se pueden usar varios filtros y métodos de protección, según las necesidades de cada caso se puede cambiar la tecnología de medición. Tanto los RTD como la detección de emisiones IR tienen buena tolerancia a los campos electromagnéticos, aunque los RTD a menudo son demasiado frágiles para entornos industriales. Los sensores/transmisores IR proporcionan mediciones sin contacto con una gama de opciones de salida y están disponibles en carcasas protectoras robustas que amplían las posibilidades de uso seguro.

En JM Industrial ofrecemos diferentes opciones en transmisor de temperatura de la más alta calidad adecuados para su uso en una amplia gama de situaciones industriales. Para conocer a detalle las características técnicas de los dispositivos que ponemos a su alcance pueden contactarnos a los teléfonos (55) 3548 0321, (55) 35480322, (55) 7160 0129 o (55) 7160 0139, con gusto los atenderemos y asesoraremos en la elección de la opción que se adapte mejor a sus necesidades.