LEY DE LOS METALES INTERMEDIOS

AADECA 2007
Medición de Temperatura
Termocuplas
Capitulo I
Ing. Eduardo N. Alvarez
Termocupla
• Una termocupla se compone de dos hilos de
diferentes metales unidos en sus extremos
Una junta es la junta caliente o de medición
y la otra la de referencia o junta fría.
Termocupla
• El fenómeno descripto por
Seebeck (1821) ocurre por la
combinación de dos efectos
termoeléctricos combinados,
el efecto Peltier y el efecto
Thomson, éstos están sobre
impuestos con el efecto Joule
Termocupla
• Thomas Seebeck en 1821 describió
el fenómeno que consiste en la
circulación de una corriente en
dicho circuito.
Peltier
• Jean Peltier descubre su efecto en 1834
y explica que se produce una f.e.m en la
junta de dos metales diferentes.
• Esta fem depende de la temperatura y
del par de metales que forman la junta.
La unión de los metales debe ser en un
contacto íntimo, pero, no
necesariamente soldada.
Peltier
• Este efecto se puede manifestar también
como la absorción o liberación de energía
térmica cuando en una junta de metales
diferentes circula una corriente.
Sube de A hacia B
Thomson
• El efecto Thomson da la relación entre la
fem generada en un conductor homogéneo
simple y la diferencia de temperatura
entre sus extremos.
Thomson
• También se manifiesta en la liberación o
absorción de calor cuando una corriente circula
por un metal homogéneo en el que hay un
gradiente de temperaturas entre sus extremos.
• La liberación de calor sucede cuando la
corriente circula en el conductor en la misma
dirección que lo hace el flujo de calor en el
mismo que está dado por el gradiente de
temperaturas mencionado
Thomson
• Esta fem crece con la diferencia de
temperaturas y depende del metal
en cuestión.
• El efecto Peltier es reversible.
• El efecto Thomson es reversible.
• El efecto Joule es irreversible.
E
=
−
+
−
E
E
E
EThB
SBCK
PLTABT
PLTBAT
ThA
2
1
La tensión
de
Seebeck
en gral
pequeña
genera
una
corriente
en el
circuito
que
depende
de su R.
Seebeck
E
SBCK
=
E
PLTABT 2
− E PLTBAT + E ThA − E ThB
1
Tensión de Seebeck
Donde:
ESBCK es la tensión de Seebeck.
EPLTABT2 es la tensión de Peltier en la unión de los
metales A,B a la temperatura T2.(medición)
EPLTBAT1 es la tensión de Peltier en la unión de los
metales B,A a la temperatura T1 de referencia
EThA es la tensión Thomson en el conductor A.
EThA es la tensión Thomson en el conductor B
“LEY” DE LOS CIRCUITOS
HOMOGÉNEOS
• En un conductor metálico
homogéneo no puede
sostenerse la circulación de
corriente eléctrica por la
aplicación exclusiva de calor.
“LEY” DE LAS TEMPERATURAS
INTERMEDIAS
En una termocupla con las juntas de los metales A y B a
las temperaturas T1 y T2 la fem termoeléctrica
generada es independiente de las temperaturas
intermedias en los conductores A y B.
“LEY DE LOS METALES INTERMEDIOS”:
Si en una termocupla insertamos un segmento de
conductor de un tercer metal C , en alguno de los
dos conductores metálicos A ó B. la fem generada
será independiente de la existencia de este tercer
conductor siempre que las temperaturas de las
juntas del mismo sean iguales.
“LEY DE LOS METALES INTERMEDIOS”:
En la figura vemos las extensiones en Cobre mientras que
el par de medición es de Hierro Constantán. Los bloques
de unión deben permanecer a la misma temperatura
para que no se agreguen tensiones que no corresponden
a la medición.
“LEY DE LOS METALES INTERMEDIOS”:
Si se le inserta el tercer Metal ( C ) en el lugar de
una de las juntas la fuerza electromotriz
generada por efecto termoeléctrico se mantiene
igual siempre que las juntas AC y BC se
mantengan a la misma temperatura
En este caso el metal intermedio representa el instrumento de medición.
“LEY” DE LAS TEMPERATURAS SUCESIVAS:
La fem generada por un termocupla con sus juntas
a las temperaturas T1 T3 es la suma algebraica
de la fem de dicha termocupla con sus juntas a
T1 T2 mas la fem de la misma termocupla con
sus juntas a las temperaturas T2 T3.
“LEY” DE LAS TEMPERATURAS SUCESIVAS:
La relación entre las fem y las
temperaturas sucesivas permite aplicar
correcciones cuando la temperatura
de referencia varía, sumando
algebraicamente la tensión que
generaría esa junta de referencia al
estar a otra temperatura distinta de la
referencia de la tabla.
RELACIÓN DE LAS TERMOCUPLAS CON UN MATERIAL EN COMÚN:
Las temperaturas de las juntas son T1 T2 y en esas
condiciones un par de metales A, C genera la tensión Eac
, y otro par C, B genera la tensión Ecb entonces la tensión
que generará el par A,B o sea Eab es la suma algebraica
de las tensiones de los pares que tienen un metal en
común es decir Eab = Eac + Ecb.
TABLAS DE TERMOPARES:
Los pares mas usados tienen
tabulaciones de su salida en
milivoltios para el rango de
temperaturas en los que es
conveniente aplicarlos , la
temperatura de referencia de las
tablas es en general 0ºC.
Tablas de termopares
Durante el año 1986. se uniformizaron las
normas europeas DIN (alemanas), BS
(inglesas), NF (francesas) y las antedichas
ANSI (norteamericanas) en cuanto a la
correlación de temperaturas y fem, así como en
lo que hace a las tolerancias de estas fem en las
distintas aleaciones. Esto ha quedado
homologado en la norma IEC 584
(International Electrotechnical Commission).
Cambiar la temperatura de la referencia
Las juntas de referencia se mantenían
en en baño de hielo fundiendo, pero
hoy en día la temperatura de
referencia se mide con otro sistema
y se corrige respecto de cero . La
verdadera referencia es el punto
triple del agua pero rara vez se
necesitará esa exactitud.
Cambiar la temperatura de la referencia
Por ejemplo :si en la realidad se usara una
temperatura estabilizada de 30ºC para la
junta fría, la fem generada será menor,
pues será la tabulada respecto de cero
grados menos la tabulada la para 30ºC
respecto de cero.
Para hallar la temperatura habrá que
sumarle a la fem de la medición la fem de
los 30ºC que usamos como referencia en
este caso.
Cambiar la
temperatura de la
referencia.
Vemos que la lectura
es de 3,732 , para
obtener los 5,268
correspondientes a los
100ºC hay que agregar
los 1,536 mV
corresponedientes a la
Junta fria a( 30ºC)
1.- Tipo E Cromel –
Constantan.
2.- Tipo J Hierro –
Constantan.
3.- Tipo K Cromel –
Alumel.
4.- Tipo R PlatinoPlatino Rodio13%.
5.- Tipo S PlatinoPlatino Rodio 10%.
6 .- Tipo B Pt Rh
6%–Pt Rh 30%.
SENSIBILIDADES
Una de las sensibilidades mas
elevadas está en el orden de
60µV/ºC para el par Cobre
Constantan a 350ºC (Tipo T)
De la tabla
350ºC
17,816 mV
349ºC
17,756 mV
Diferencia para 1ºC 0,060 mV
SENSIBILIDADES
En cambio la Platino-Platino Rodio
10% Tipo S que entre 349 y 350ºC
da 10µV/ºC .
De la tabla
350ºC
2,786 mV
349ºC
2,776 mV
Diferencia para 1ºC 0,010 mV
Tablas Ref Bibliografica 2 (Creus Sole)
SENSIBILIDADES
Comparemos las
sensibilidades , en con
respecto al par tipo J
que vimos
anteriormente.
En la R tenemos
0,647mV en los 100ºC
en cambio en la tipo J
como vimos 5,268mV
es decir casi 10 veces
mas, y para un PT100
de Pt con una I =
0,001A
obtenemos 38,5 mV
Aumento de Sensibilidad
La termo pila permite el aumento de sensibilidad
mediante la sumas de tensiones de juntura en serie.
Existen productos que incluyen 25 termocuplas
Cromel Constantan y tienen una sensibilidad del
orden de 2mV/ºC.
Fuente Juntas en
Serie Termopilas
DOEBELIN
Página 531
Referencia
Bibliografica 1
EXACTITUDES
En las aplicaciones donde se usan alambres
standard sin una calibración específica ,
donde se debe descansar en características
estadísticas del material provisto no son
muy elevadas.
Dentro de este caso las mas exactas son las de
Pt –Pt Rh. que se pueden considerar en el
+/- 0.25% de la medición. Estos valores
están resumidos en la Tablas (Ref.
Bibliográfica 2 ).
Exactitudes Tabla
Las clases tienen
que ver con la
pureza del
material, es decir
procedimientos de
fabricación
Bibliografia 01
Referencia Bibliográfica 1
Measurement Systems Application and Design
Ernest O. Doebelin
Department of Mechanical Engineering The Ohio State University
Mc Graw Hill Isbn 0-07- 017336-2
Referencia Bibliográfica 2
Instrumentación Industrial
5ª Edición
Dr. Ing. Industrial Antonio Creus Solé
Marcombo Boixareu Editores
Isbn 84-267- 0911-7
Barcelona
Referencia Bibliográfica 3
Instrumentación de Procesos Industriales
Héctor P. Polenta
Tomo II
Bibliografia 01
Referencia Bibliográfica 04
Elementos Primarios de Medición : Sensores
Ing. Héctor O. Acosta
División Mantenimiento de Sistemas de Control
Serie Técnico Informativa Nº 90 Julio 1978
Sociedad Mixta Siderurgia Argentina
Planta General Savio
Departamento de Personal.
Serie Técnico- Informativa Nº 90
Julio 1978
Referencia Bibliográfica 05
¿Cómo seleccionar sensores de temperatura?
Telemeter
Ing. Rolando A. Navesnik