Sonda termopar

Una sonda termopar es un sensor para medir la temperatura. Los termopares son sensores de temperatura versátiles y se utilizan habitualmente para una amplia gama de aplicaciones, desde termopares industriales hasta termopares estándar utilizados en electrodomésticos y equipos domésticos.

sonda termopar

Descubra la sonda termopar

la sonda termopar

La sonda termopar

La sonda termopar es un instrumento de medición de temperatura indispensable en numerosas aplicaciones industriales y científicas. Gracias a su robustez, precisión y amplio rango de medición, se utiliza ampliamente en campos tan variados como la metalurgia, la producción de energía, la industria química y la investigación científica.

Este dispositivo funciona según el principio del efecto Thomas Johann Seebeck, llamado así por el físico del mismo nombre, según el cual se genera una tensión entre dos metales diferentes cuando se exponen a una diferencia de temperatura. Esta tensión se convierte en una medida de temperatura.

A pesar de su aparente sencillez, los termopares requieren un conocimiento profundo de su funcionamiento, los tipos disponibles y las técnicas de montaje y cableado para garantizar mediciones fiables y precisas.

Exploremos en detalle los distintos tipos de termopares, el principio de funcionamiento, los métodos de instalación y cableado, y las mejores prácticas para optimizar su uso en diversas aplicaciones.

Principio de funcionamiento del sensor termopar

principio de funcionamiento del sensor termopar

La sonda termopar funciona combinando dos metales diferentes, conectados en un extremo denominado "unión caliente". Cuando se produce una diferencia de temperatura en esta unión, se crea una corriente eléctrica en el circuito, generando una fuerza electromotriz (FEM). El valor de esta FEM depende de las propiedades de los metales utilizados y de la diferencia de temperatura entre la unión caliente y una unión de referencia, a menudo denominada "unión fría".

Los metales utilizados en los termopares son de calidad uniforme, lo que significa que el dispositivo puede soportar diferentes gradientes de temperatura a lo largo de su longitud sin alterar el CEM. Esto significa que el termopar puede medir temperaturas con precisión, incluso en condiciones variables.

Los dispositivos de medición, como las pantallas digitales, los controladores lógicos programables y los controladores de temperatura, están diseñados para aceptar termopares directamente. Gestionan automáticamente la compensación de la unión fría, esencial para obtener lecturas precisas.

Las aleaciones utilizadas para fabricar termopares suelen estar disponibles en forma de alambre, lo que facilita su fabricación y manipulación.

Para elegir el termopar más adecuado para su aplicación, es esencial :

Los distintos tipos de sonda termopar

sonda termopar tipo k para aplicaciones industriales generales

Sonda termopar tipo K (Cromel-Alumel)

  • Gama de temperaturas: -200 a 1260°C
  • Ventajas: Amplio rango de medición, durabilidad
  • Aplicaciones: General, industrial
sonda termopar tipo j para aplicaciones de la industria de procesos

Sonda termopar tipo J (Hierro-Constantan)

  • Gama de temperaturas: -210 a 760°C
  • Ventajas: Adecuado para temperaturas más bajas
  • Aplicaciones: Industrias de procesos, dispositivos de baja temperatura
sonda termopar tipo t para aplicaciones en la industria criogénica

Sonda termopar tipo T (cobre-constantan)

  • Gama de temperaturas: -200 a 370°C
  • Ventajas: Excelente precisión a bajas temperaturas
  • Aplicaciones: Criogenia, laboratorios
sonda termopar tipo e para aplicaciones criogénicas ambientales

Sonda termopar tipo E (Chromel-Constantan)

  • Gama de temperaturas: de -200 a 900°C
  • Ventajas: Mayor sensibilidad
  • Aplicaciones : Aplicaciones criogénicas y medioambientales
sonda termopar tipo n para aplicaciones de tratamiento térmico

Sonda termopar tipo N (Nicrosil-Nisil)

  • Gama de temperaturas: -200 a 1300°C
  • Ventajas: Alta estabilidad, resistencia a la oxidación
  • Aplicaciones: Industria de tratamiento térmico, altas temperaturas
sonda termopar tipo s para aplicaciones metalúrgicas

Sonda termopar tipo S (platino-rodio 10%)

  • Temperatura: de 0 a 1600°C
  • Ventajas: precisión y estabilidad a altas temperaturas
  • Aplicaciones: Metalurgia, hornos, referencia como punto de fusión del oro (1064,43°C).
sonda termopar tipo r para aplicaciones de la industria del vidrio

Sonda termopar tipo R (13% platino-rodio)

  • Temperatura: de 0 a 1600°C
  • Ventajas: Similar al tipo S con un rendimiento ligeramente superior.
  • Aplicaciones: Industrias del vidrio y la cerámica
sonda termopar tipo b para aplicaciones de medición extremas

Sonda termopar tipo B (platino-rodio 30% / platino-rodio 6%)

  • Gama de temperaturas: 0 a 1700°C
  • Ventajas: Temperatura de funcionamiento muy elevada
  • Aplicaciones: Mediciones a temperaturas extremadamente altas, investigación científica

Cada tipo de sonda termopar tiene unas características de salida (tensión) específicas y requiere una calibración y un equipo de medición adecuados para garantizar lecturas precisas y fiables.

Ventajas e inconvenientes de los termopares

Los termopares ofrecen una serie de ventajas que los hacen indispensables en muchas aplicaciones industriales y científicas.

ventajas de los termopares

Las principales ventajas de los termopares son :

  • Bajo coste: Los termopares son económicos en comparación con otros sensores de temperatura.
  • Durabilidad y estabilidad a altas temperaturas: Pueden medir temperaturas muy elevadas con gran estabilidad.
  • Manipulación: Los termopares son fáciles de manipular e instalar.
  • Dimensiones extremadamente reducidas y una amplia gama de diámetros posibles: están disponibles en una gran variedad de tamaños, lo que permite una gran flexibilidad de uso.
  • Colocación del punto caliente: El diseño permite colocar el punto caliente en el extremo, lo que garantiza una medición precisa de la temperatura.
  • Tiempo de respuesta muy corto: los termopares reaccionan rápidamente a los cambios de temperatura.
  • Buena resistencia a las vibraciones: soportan bien los entornos sometidos a vibraciones.

Sin embargo, los termopares también presentan una serie de desventajas:

Sopesando estas ventajas e inconvenientes, es posible determinar si los termopares son adecuados para una aplicación concreta. Para entornos en los que se requiere una medición de temperatura rápida y fiable a bajo coste, los termopares suelen ser la solución ideal.

Montaje y cableado del sensor termopar

El montaje y el cableado de una sonda termopar son pasos cruciales para garantizar mediciones de temperatura precisas y fiables. Estos son los pasos y consideraciones clave:

instalación y cableado del sensor termopar
  • Colocación del punto de medición :
    Asegúrese de que el punto de medición está correctamente colocado en el punto exacto en el que se va a medir la temperatura.
    Proteja el punto de medición de interferencias eléctricas y condiciones ambientales extremas.
  • Selección y uso de cables :
    Utilizar alambres de extensión o de compensación compatibles con el tipo de termopar utilizado.
    Evite errores de medición debidos a materiales incompatibles.
  • Conexiones y polaridad :
    Conecte los cables a los terminales correspondientes del instrumento de medida, respetando la polaridad correcta:
    Cable positivo a terminal positivo
  • Cable negativo al terminal negativo :
    Asegúrese de que las conexiones estén apretadas y libres de corrosión.
  • Minimizar las interferencias eléctricas :
    Utilice cables apantallados para minimizar las interferencias eléctricas.
    Tienda los cables lejos de fuentes de ruido eléctrico.
  • Puesta a tierra :
    Preste especial atención a la puesta a tierra de los sistemas para evitar bucles de tierra.
    Compruebe que el sistema de puesta a tierra está correctamente instalado y funciona.

Siguiendo estas recomendaciones, el montaje y cableado de una sonda termopar puede realizarse de forma eficiente, garantizando un rendimiento óptimo de la instrumentación.

Aislar una sonda termopar

aislamiento de la sonda termopar

Los termopares suelen estar expuestos a entornos difíciles sometidos a interferencias eléctricas, electromagnéticas y de otro tipo. Para compensar las perturbaciones en la medición de la temperatura causadas por estos parásitos, los termopares con revestimiento metálico llevan una resistencia de aislamiento entre los hilos y el protector.

Esta resistencia de aislamiento, rigurosamente comprobada en fábrica, se sitúa entre 1000 y 5000 MW como mínimo a 100 a 500 Vcc, en función del diámetro del termopar y a temperatura ambiente. Estas especificaciones son válidas para un termopar de menos de 1 metro de longitud, de conformidad con las normas vigentes.

Es importante señalar que estos valores de resistencia disminuyen cuando el termopar se somete a altas temperaturas, hasta llegar a ser casi nulos a temperaturas muy elevadas. Por tanto, el aislamiento eficaz de los termopares es crucial para garantizar mediciones precisas y fiables, sobre todo en condiciones de temperaturas extremas y entornos perturbados.

Por este motivo, debe elegir siempre instrumentos de medida con separación galvánica de entrada y salida o de entrada y salida y alimentación.

Preguntas frecuentes sobre sondas termopar

¿Qué es un termopar?

Un termopar es un sensor de temperatura formado por dos hilos de metales diferentes soldados en un extremo, denominado unión caliente. Cuando esta unión se expone a una temperatura, genera una tensión eléctrica proporcional a esa temperatura debido al efecto Seebeck.

¿Cuáles son los distintos tipos de termopar?

Los principales tipos de termopares son :

  • Sonda de tipo K (Níquel-Cromo/Níquel-Aluminio): Rango de temperatura de -200°C a 1260 grados Celsius.

  • Sensor tipo J (Hierro/Constantan): Rango de temperatura de -210°C a 760 grados Celsius.

  • Sensor tipo T (Cobre/Constantan): Rango de temperatura de -200°C a 370 grados Celsius.

  • Sensor tipo E (Níquel-Cromo/Constantan): Rango de temperatura de -200°C a 900 grados Celsius.

  • Sensor de tipo N (Nicrosil/Nisil): Rango de temperatura de -200°C a 1300 grados Celsius.

  • Sensor de tipo S (platino-rodio 10%): Rango de temperatura de 0°C a 1600 grados Celsius

  • Sensor de tipo R (platino-rodio 13%): Rango de temperatura de 0°C a 1600 grados Celsius

  • Sensor de tipo B (platino-rodio 30% / platino-rodio 6%): Rango de temperatura de 0°C a 1700 grados Celsius

¿Cómo funciona un termopar?

Un termopar funciona midiendo la diferencia de potencial eléctrico entre la unión caliente y una unión de referencia, a menudo mantenida a una temperatura conocida. La tensión producida se convierte en una medida de temperatura mediante tablas de calibración.

¿Qué es la unión fría y la compensación de la unión fría?

La unión fría se refiere a la unión de referencia de un termopar, donde los hilos están soldados a terminales metálicos. La compensación de la unión fría es una técnica utilizada para compensar las variaciones de temperatura en esta unión y garantizar mediciones precisas.

¿Cuáles son las ventajas y los inconvenientes de los distintos tipos de termopar?

  • Tipo K: Amplio rango de medida, bajo coste, buena durabilidad.

  • Tipo J: económico, adecuado para bajas temperaturas.

  • Tipo T: Excelente precisión a bajas temperaturas.

  • Tipo E: Alta sensibilidad.

  • Tipo N: Alta estabilidad, resistencia a la oxidación.

  • Tipo S, R, B: Preciso y estable a altas temperaturas, pero más caro.

¿Cómo elijo el tipo de termopar adecuado para mi aplicación?

La elección del termopar depende de varios factores:

  • Rango de temperatura: Asegúrese de que el termopar puede medir dentro del rango requerido para su aplicación.

  • Durabilidad y resistencia a las condiciones ambientales: Algunos termopares son más resistentes a la corrosión, las vibraciones o los entornos químicos.

  • Tiempo de respuesta: Algunos tipos de termopar tienen un tiempo de respuesta más rápido.

  • Coste: El coste puede variar en función de los materiales y las características del termopar.

¿Qué materiales se utilizan en los termopares?

Los termopares se fabrican a partir de diversas combinaciones de metales y aleaciones, como :

  • Níquel-cromo y níquel-aluminio (tipo K)

  • Hierro y Constantan (Tipo J)

  • Cobre y Constantan (Tipo T)

  • Nicrosil y Nisil (Tipo N)

  • Platino-Rodio y Platino (Tipos S, R, B)

¿Qué es el efecto Seebeck?

El efecto Seebeck es el fenómeno por el cual una diferencia de temperatura entre dos materiales diferentes genera una tensión eléctrica. Este efecto es la base de los termopares.

¿Cómo se calibra un termopar?

La calibración de un termopar consiste en comparar sus mediciones con las de un patrón conocido a diferentes temperaturas y ajustar las lecturas en consecuencia para garantizar la precisión.

¿Cuáles son las aplicaciones más comunes de los termopares?

Los termopares se utilizan en numerosos sectores y aplicaciones, como :

  • Industria: Control de procesos de fabricación, hornos, motores, calderas, reactores, turbinas, incineradores, transformadores, bombas, compresores, radiadores.
  • Laboratorios: experimentos científicos, criogenia, biología, química, física, materiales.
  • Electrónica: control térmico de componentes como procesadores, circuitos, baterías, sensores, gestión térmica.
  • Medicina: control de la temperatura en termoterapia, incubadoras, criogenia, vigilancia, esterilización.
  • Plásticos: control de temperatura para inyección, extrusión, moldeo, soplado y calandrado.

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