Efecto de la temperatura ambiente en la unión de referencia de los termopares.

Termopar es de tipo T (Cobre-Constantan). El constantan es una aleación formada
por un 45% de niquel y un 55% de cobre.

Para medir la tensión conectamos un voltímetro, lo que crea dos uniones distintas entre sí:
􀁹 J2 (Cu-Constantan) que está sometida a otra Tª creando una tensión V2
􀁹 J3 (Cu-Cu) cuya tensión V3 =0 , ya que ambos extremos son del mismo metal.
Según el circuito termoeléctrico de la figura, podemos establecer:
V = V1 – V2
donde
V2 = S2 · T2
V1 = S1 · T1
Como ambas uniones J1 y J2 estan formadas de los mismos metales, tienen el mismo coeficiente S (i.e.
S1=S2) quedando:
V = S (T1 – T2)
Si medimos la temperatura T2 de la unión J2 que será una temperatura ambiente podremos saber T1 que podrá
ser una temperatua mucho más extrema.
Como el paréntesis es un incremento de Tª no importa que esta venga dada en ºK ó en ºC:
La demostración es inmediata. Si expresamos la Tª en ºK:
V = S [ (T1 ºC+ 273) – (T2ºC + 273)]
V = S (T1 ºC – T2 ºC)

Compensación de la unión de referencia en circuitos de termopares.

Compensación de la unión de referencia en circuitos de termopares
Para aplicar el efecto Seebeck a la medida de temperaturas, es necesario mantener una de las uniones a la temperatura de referencia. Una solución consiste en introducir la unión de referencia en hielo fundente, tal como se indica en la figura (a). Esta solución, aunque de gran exactitud, es poco práctica. Además se debe usar mucho hilo de uno de los dos metales, y esto es caro.
La solución de la figura (b) permite emplear un hilo de conexión más económico, pero sigue precisando el mantenimiento de una temperatura de referencia constante.

Lo más frecuente es emplear la denominada compensación electrónica de la unión de referencia. Consiste en dejar la unión fría a la temperatura ambiente y medir esta con otro sensor dispuesto en sus cercanías. A la tensión del termopar se le suma la tensión que corresponde a la temperatura ambiente. De forma que es como si la unión fría estuviera a 0ºC. En la figura se muestra un ejemplo de compensación de la unión fría basado en la dependencia de la tensión directa en un diodo (VD) con la temperatura. El circuito de compensación se diseña estableciendo la condición de que la corriente por el diodo sea de 1mA y que dV1/dT sea igual al coeficiente
de Seebeck en el margen de temperatura ambiente. El potenciómetro (PAJ) se incluye para ajustar el cero. Se toman como datos la tensión umbral del diodo y su derivada con la temperatura.

Compensación de la unión de referencia en circuitos de termopares.

Para medir el voltaje de Seebeck en una termopar, usted no puede simplemente conectar la termopar a un voltímetro u otro sistema de medición, ya que la conexión de los cables de la termopar con el sistema de medición crea circuitos termoeléctricos adicionales.
Figura 1. termopar Tipo J

figura 1.
Considere el circuito mostrado en la Figura 1, en el cual una termopar tipo J se encuentra en la llama de una vela, que es la temperatura que se desea medir. Los dos cables de la termopar están conectados a los cables de cobre que van hacia el dispositivo de adquisición de datos. Observe que el circuito posee tres uniones diferentes de metales – J1, J2 y J3. J1, la unión de la termopar, genera un voltaje de Seebeck proporcional a la temperatura en la llama de la vela. J2 y J3 poseen individualmente su propio coeficiente de Seebeck y generan su propio voltaje termoeléctrico que es proporcional a la temperatura de los terminales de adquisición de datos. Para determinar la contribución en el voltaje por J1, usted requiere conocer las temperaturas de las uniones J2 y J3 así como las relaciones voltaje-a-temperatura de estas uniones. Entonces usted podrá sustraer las contribuciones de las uniones parásitas J2 y J3 del voltaje medido para la unión J1.Las termopares requieren alguna forma de temperatura de referencia para compensar las uniones en “frío” parásitas no deseadas. El método más común es medir la temperatura en la unión de referencia con un sensor de temperatura de lectura directa y sustraer las contribuciones de voltaje de las uniones parásitas. Este proceso se denomina compensación por unión-en-frío. Usted puede simplificar el cálculo de compensación por unión-en-frío aprovechando algunas características de las termopares.Usando la Ley de termopar para Metales Intermedios y tomando algunas suposiciones simples, usted puede ver que el voltaje medido por un sistema de adquisición de datos depende únicamente del tipo de la termopar, del voltaje en la termopar y la temperatura de la unión-en-frío. El voltaje medido es independiente de la compensación de los cables de medición y de las uniones-en-frío, J2 y J3.

Explicación de la tabla estandar de termopares

Vamos a mostrar el empleo de las tablas estándar de los termopares por medio
de un ejemplo. Recordemos la fórmula de la compensación de la unión fría:

Ejemplo. Un termopar K como el de la Fig.1 proporciona una tensión de
1.643mV. Si la temperatura ambiente medida con un termómetro de
mercurio es de 25ºC, ¿a qué temperatura T está sometida la unión
sensora?

Solución. Según el enunciado ΔV(T,Tamb)=1.643mV, y de la tabla estándar se
tiene ΔV(Tamb,0ºC)=1mV (Tamb=25ºC). Por lo tanto, aplicando la ec. 1
ΔV(T,0ºC)=1.643+1=2.643mV. Buscando en la tabla esta tensión, se
observa que corresponde a una temperatura de unos 65ºC.
Podemos también mediante la ec. 2 realizar un cálculo aproximado (y
sencillo). De la ec. 1 se tiene 1.643mV=40μV/ºC(T-25), con lo que
despejando T se tienen unos 66ºC.

Sensores piezoeléctricos

La palabra "piezo" se deriva del griego que significa "prensar" y el efecto piezoeléctrico es la producción de electricidad mediante la presión. Solamente ocurre en ciertos materiales cristalinos y cerámicos que tienen como propiedad el presentar el efecto piezoeléctrico cuyo principio de funcionamiento consiste en la aparición de una polarización eléctrica bajo la acción de un esfuerzo.
Es un efecto reversible ya que al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre dos caras de un material piezoeléctrico, aparece una deformación. Estos efectos fueron descubiertos por Jacque y Pierre Currie en 1880-81, pero solo hasta 1950 con la invención de las válvulas de vacío tuvo una aplicación práctica como sensor, ya que los cristales contaban con una alta impedancia de salida.

Sensores piroeléctricos

El material cristalino que constituye un sensor piroeléctrico genera una pequeña carga eléctrica cuando es expuesto al calor en forma de radiación infrarroja. El cristal cambia cuando la cantidad de radiación es notable, la carga también cambia y puede entonces ser medida con un dispositivo FET construido dentro del sensor. Y además son más rápidos que los termopares.
Aplicaciones:
Las aplicaciones más comunes de estos sensores piroeléctricos son: o Pirómetros (medida de temperatura a distancia en hornos, vidrio o metal fundido) o Los sensores pasivos de infrarrojos. o Medida de radiación o Detección de llamas o Detección de pérdidas de calor en oficinas, residencias o edificios. o Medidas de potencia generadas por una fuente de radiación. o Analizadores de IR, o Detectores de CO2 y otros gases que absorben radiación, o Detectores de IR emitidas por el cuerpo humano (para detección de intrusos y de presencia en sistemas de encendido --automático de iluminación o calefacción de viviendas, apertura de puertas. o Detección de pulsos láser de alta potencia. o En termómetros de alta resolución (6x10 °C). o Detector de personas o de movimiento.

Sensores fotoeléctricos

Un Sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que “ve” la luz generada por el emisor. Todos los diferentes modos de sensado se basan en este principio de funcionamiento. Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extrema.
Descripción de un 42CF es una familia de detectores fotoeléctricos con cuerpo de metal diseñados para aplicaciones industriales de servicio pesado. Cuentan con un resistente envolvente cilíndrico de 12 mm. Los tres modos posibles de detección incluyen haz transmitido, difusa y etrorreflexiva polarizada, lo cual permite que el 42CF pueda usarse en una variedad de aplicaciones complejas. Tanto los sensores difusos de 100 mm como los de 300 mm ofrecen opciones de “aprendizaje remoto y local” que permiten una óptima sensibilidad y ajustes de histérisis para aplicaciones específicas. El estado de presencia del objeto se proporciona a través de una salida discreta NPN o PNP, la cual es compatible con la mayoría de circuitos de control usados actualmente en los sistemas de automatización de fábrica. Las salidas tienen protección contra cortocircuito para frecer una operación continua aun en condiciones inesperadas.s.