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Compensación de unión fría de termopares

Introducción a las técnicas de compensación de unión fría

Cuando hay que realizar mediciones de termopar precisas, se suelen referenciar ambas patas al cable de cobre, en el punto de hielo, de forma que los cables de cobre se puedan conectar al instrumento de lectura de campos electromagnéticos mediante la unión fría. Este procedimiento evita la generación de campos electromagnéticos térmicos en los terminales del instrumento de lectura. Los cambios en la temperatura de la unión de referencia influyen en la señal de salida y los instrumentos prácticos se deben suministrar con una forma de anular esta posible fuente de errores.

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Método de puente eléctrico

Método de refrigeración termoeléctrica

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Figura 1



El campo electromagnético generado dependerá de una diferencia de temperatura, por lo que, para realizar una medición, se debe conocer la referencia. Esto se muestra de forma esquemática en la Figura 1, y se puede lograr colocando la unión de referencia en un baño de hielo y agua a una temperatura constante de 0 °C (32 °F). Dado que los baños de hielo suelen ser difíciles de mantener y no siempre resultan prácticos, existen diversos métodos alternativos que se emplean con frecuencia.

Técnicas para compensar la unión fría

Método de puente eléctrico

Por lo general, este método emplea un circuito de puente eléctrico de unión fría de compensación automática, como se muestra en la Figura 2. Este sistema incorpora un elemento de resistencia sensible a la temperatura (RT), que se encuentra en un tramo de la red del puente y está térmicamente integrado con la unión fría (T2). El puente normalmente recibe alimentación de una batería de mercurio o una fuente de alimentación de CC estable. La tensión de salida es proporcional al desequilibrio que se crea entre la temperatura de referencia equivalente preestablecida (T2) y la unión caliente (T1). En este sistema, se puede seleccionar una temperatura de referencia de 0 °C (32 °F).

Como la temperatura ambiente que rodea la unión fría (T2) varía, se genera una tensión térmicamente que provoca un error en la salida. Sin embargo, se introduce una tensión automática igual y opuesta en serie con el error térmico. Esto cancela el error y mantiene la temperatura de la unión de referencia equivalente en un amplio rango de temperatura ambiente con un alto grado de precisión. Gracias a la integración de cables de cobre con la unión fría, el material termopar en sí no está conectado al terminal de salida del dispositivo de medición, lo que elimina los errores secundarios.

Método de refrigeración termoeléctrica

La cámara de referencia TRC Thermoelectric Ice Point™ de Omega™ se basa en el equilibrio real del hielo junto al agua destilada y desionizada a la presión atmosférica para mantener varios pozos de referencia a exactamente 0 °C. Los pozos se extienden a una cámara cilíndrica sellada que contiene agua pura destilada y desionizada.

La parte exterior de la cámara está refrigerada por elementos de refrigeración termoeléctricos para hacer que la congelación del agua en la celda funcione como una referencia de unión fría. El aumento del volumen generado por la creación de una capa de hielo en la pared de la celda es detectado por la expansión de un fuelle que acciona un microinterruptor y desactiva el elemento de refrigeración. La congelación y descongelación alternas de la capa de hielo mantienen una temperatura ambiente de 0 °C en torno a los pozos de referencia. Un esquema de aplicación se muestra en la Figura 3.

El funcionamiento completamente automático elimina la atención frecuente que requieren los baños de hielo. Las lecturas del termopar se pueden realizar directamente a partir de las tablas de referencia de punto de hielo sin realizar correcciones en la temperatura de la unión de referencia.

Utilización de una cámara de referencia

Sonda de termopar



Cámara de referencia de calibración Ice Point™ portátil

La nueva cámara de referencia Ice Point™ TRCIII-A es la última incorporación a la excelente gama de instrumentación de referencia de calibración de OMEGA. La cámara de referencia Ice Point™ TRCIII-A se basa en el equilibrio del hielo junto al agua destilada y desionizada a la presión atmosférica para mantener seis pozos de referencia a exactamente 0 °C.

Cualquier combinación de termopares se puede utilizar con este instrumento mediante la simple inserción de las uniones de referencia en los pozos de referencia. También es posible llevar a cabo la calibración de otro tipo de sensores de temperatura a 0 °C. Referencias para horno caliente: el tipo de horno doble emplea dos hornos de temperatura controlada para simular las temperaturas de referencia del punto de hielo como se muestra en la Figura 4. Se utilizan dos hornos a diferentes temperaturas para proporcionar el equivalente a una temperatura de referencia baja que difiere de la temperatura de cualquiera de los dos hornos.

Por ejemplo, los cables de una sonda termopar tipo K se conectan a un horno de 150 °F para generar una unión Chromega™-Alomega™ y Alomega-Chromega a 150 °F (2,66 mV cada una).

Diagrama de funcionamiento de los termopares



La tensión entre los cables de salida del primer horno será dos veces 2,66 mV o 5,32 mV. Para compensar este nivel de tensión, los cables de salida (Chromega y Alomega) se conectan a los cables de cobre en un segundo horno que se mantiene a 265,5 °F. Esta es la temperatura exacta a la que los cables de cobre-Chromega y cobre-Alomega generan una tensión en oposición del diferencial de 5,32 mV.

Por lo tanto, esta tensión anula el diferencial de 5,32 mV del primer horno dejando 0 mV en los terminales de salida de cobre. Esta es la tensión equivalente a 32 °F (0 °C).

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