Termopar: Un sensor de temperatura simple e versátil
Que é un Termopar?
Un termopar é un dispositivo que converte as diferenzas de temperatura nunha tensión eléctrica, baseado no principio do efeito termoeléctrico. É un tipo de sensor que pode medir a temperatura nun punto ou local específico. Os termopares son ampliamente utilizados en diversos campos, como industriais, domésticos, comerciais e científicos, debido á súa simplicidade, durabilidade, baixo custo e ampla gama de temperaturas.
Que é o Efeito Termoeléctrico?
O efeito termoeléctrico é o fenómeno de xerar unha tensión eléctrica debido a unha diferenza de temperatura entre dous metais diferentes ou aleacións metálicas. Este efecto foi descuberto polo físico alemán Thomas Seebeck en 1821, que observou que se creaba un campo magnético arredor dun circuito fechado de dous metais disímiles cando unha unión estaba aquecida e a outra estaba refrigerada.
O efeito termoeléctrico pode explicarse polo movemento dos electróns libres nos metais. Cando unha unión está aquecida, os electróns gañan enerxía cinética e móvense máis rápido cara á unión máis fría. Isto crea unha diferenza de potencial entre as dúas unións, que pode ser medida por un voltímetro ou un amperímetro. A magnitude da tensión depende do tipo de metais utilizados e da diferenza de temperatura entre as unións.
Como Funciona un Termopar?
Un termopar consiste en dous fíos feitos de metais diferentes ou aleacións metálicas, unidos nas dúas extremidades para formar dúas unións. Unha unión chamada unión quente ou de medida, colócase no lugar onde se pretende medir a temperatura. A outra unión, chamada unión fría ou de referencia, mantense a unha temperatura constante e coñecida, xeralmente a temperatura ambiente ou nun ban de xeo.
Cando hai unha diferenza de temperatura entre as dúas unións, xérase unha tensión eléctrica a través do circuito do termopar debido ao efeito termoeléctrico. Esta tensión pode ser medida por un voltímetro ou un amperímetro conectado ao circuito. Utilizando unha táboa de calibración ou unha fórmula que relaciona a tensión coa temperatura para un tipo dado de termopar, pódese calcular a temperatura da unión quente.
O seguinte diagrama mostra o principio básico de funcionamento dun termopar:
O seguinte vídeo explica como funciona un termopar con máis detalle:
Que Tipos de Termopares Existen?
Existen moitos tipos de termopares dispoñibles, cada un con características e aplicacións diferentes. O tipo de termopar determinase pola combinación de metais ou aleacións metálicas utilizadas para os fíos. Os tipos máis comúns de termopares están designados por letras (como K, J, T, E, etc.) segundo as normas internacionais.
A seguinte táboa resume algúns dos principais tipos de termopares e as súas propiedades:
| Tipo | Fío Positivo | Fío Negativo | Código de Cores | Rango de Temperatura | Sensibilidade | Precisión | Aplicacións |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Níquel-aluminio (95% Ni, 2% Al, 2% Mn, 1% Si) | Amarelo (+), Vermello (-), Amarelo (global) | -200°C a +1260°C (-328°F a +2300°F) | 41 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Xeral, ampla gama, baixo custo |
| J | Ferro (99.5% Fe) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Branco (+), Vermello (-), Negro (global) | -210°C a +750°C (-346°F a +1400°F) | 50 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Atmosferas oxidantes, rango limitado |
| T | Cobre (99.9% Cu) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Azul (+), Vermello (-), Marrón (global) | -200°C a +350°C (-328°F a +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0.75%) | Baixas temperaturas, atmosferas oxidantes |
| E | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Púrpura (+), Vermello (-), Púrpura (global) |
| E | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Púrpura (+), Vermello (-), Púrpura (global) | -200°C a +870°C (-328°F a +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Alta precisión, rango moderado, baixo custo | | N | Nicrosil (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Nisil (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Laranxa (+), Vermello (-), Laranxa (global) | -200°C a +1300°C (-328°F a +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Xeral, ampla gama, estable | | S | Platino-ródio (90% Pt, 10% Rh) | Platino (100% Pt) | Negro (+), Vermello (-), Verde (global) | 0°C a +1600°C (+32°F a +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Altas temperaturas, alta precisión, caro | | R | Platino-ródio (87% Pt, 13% Rh) | Platino (100% Pt) | Negro (+), Vermello (-), Verde (global) | 0°C a +1600°C (+32°F a +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Altas temperaturas, alta precisión, caro | | B | Platino-ródio (70% Pt, 30% Rh) | Platino-ródio (94% Pt, 6% Rh) | Cinza (+), Vermello (-), Cinza (global) | +600°C a +1700°C (+1112°F a +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% da lectura acima de +600°C (+1112°F) | Mui altas temperaturas, baixa sensibilidade |
Quáles Son as Ventajas e Desvantaxes dos Termopares?
Os termopares teñen moitas ventajas e desvantaxes comparados con outros sensores de temperatura, como RTDs (Detectores de Temperatura por Resistencia
