Compensación de unión fría para transmisores de temperatura
Es posible que las personas que trabajan mucho con termopares tampoco sepan exactamente cómo funciona la unión fría del termopar (referencia). Para poder analizar la unión fría, primero necesitamos una breve comprensión de la teoría de los termopares y de cómo funcionan.
Unión fría o unión de referencia
el termopar"unión fría"a menudo se le conoce como el"unión de referencia", pero en nuestra opinión la gente usa el término"unión fría"más a menudo .
Termopares comunes
Los termopares son sensores de temperatura comunes en la industria. Varias ventajas de los termopares los hacen ampliamente utilizados. Se pueden utilizar para medir temperaturas muy altas, mucho más altas que los sensores de temperatura resistivos (RTD). Un termopar también es un sensor muy fuerte, por lo que no se rompe fácilmente. Aunque los termopares no son tan precisos como los sensores de temperatura resistivos, son lo suficientemente precisos en muchas aplicaciones.
Cómo funcionan los termopares
El termopar consta de dos cables hechos de diferentes conductores eléctricos unidos entre sí en un extremo (el"caliente"extremo), que es el extremo utilizado para medir la temperatura. Como descubrió Thomas Johann Seebeck en 1821, cuando los puntos de conexión de estos cables se exponen a diferentes temperaturas, se genera una corriente térmica, lo que crea una pequeña brecha entre los cables en los extremos abiertos. Voltaje. El voltaje depende de la temperatura y del material del cable utilizado. Este efecto se llama"efecto Seebeck".
Esquema simplificado del termopar
"Materiales de termopar 1 y 2"En la figura anterior se representan dos materiales diferentes utilizados para los termopares."T1"es la unión caliente del termopar, el punto donde se mide la temperatura. Los dos"TCJ"son la temperatura de la unión fría. Debido al gradiente de temperatura en el cable del termopar, siempre se genera termovoltaje entre el"caliente"y"frío"termina. Entonces, no es la unión la que crea el voltaje, es el gradiente de temperatura a lo largo del cable lo que crea el voltaje. Pero la explicación de que se genera voltaje térmico entre los terminales frío y caliente es más fácil de entender.
Tipos y materiales de termopares
Existen muchos tipos de termopares fabricados con diferentes materiales y aleaciones. Diferentes materiales dan lugar a diferentes sensibilidades, producen diferentes voltajes térmicos a la misma temperatura y pueden afectar otras propiedades. Se han estandarizado varios tipos diferentes de termopares y se proporcionan designaciones para los materiales específicos utilizados. El nombre suele ser muy corto, normalmente de una sola letra, como tipo K, R, S, J, K, etc.
Termopares más comunes y sus materiales
Dado que los diferentes termopares están hechos de diferentes materiales, los voltajes termoeléctricos también son diferentes, como se muestra en la siguiente figura. A la misma temperatura, el voltaje generado entre diferentes tipos varía mucho.
Tensión térmica del termopar.
Coeficiente de Seebeck del termopar
Si desea medir temperaturas más bajas, los tipos más sensibles son obviamente mejores, ya que proporcionan voltajes más altos y son más fáciles de medir. Pero si necesita medir temperaturas altas, es posible que desee elegir algunos tipos menos sensibles que puedan usarse en condiciones de calor extremo. El coeficiente de Seebeck indica cuánto cambia el voltaje del termopar con respecto a la temperatura. El gráfico anterior ilustra las diferentes sensibilidades entre diferentes termopares y también explica por qué los calibradores de termopares a menudo tienen diferentes clases de precisión para diferentes tipos de termopares.
extremo frío
Presentamos un esquema simplificado de termopar que muestra dos conductores diferentes conectados entre sí creando termovoltaje en "unión caliente"conexión. En este punto, la gran pregunta que te harás debería ser"¿Dónde está el otro extremo del cable?"Cuando mides el voltaje del termopar, conectas los cables del termopar al voltímetro. El material de la conexión del voltímetro suele ser cobre o cobre chapado en oro, por lo que no es lo mismo que el material del termopar, lo que significa que se crean dos nuevos termopares en la conexión del voltímetro.
En el diagrama anterior, el Material 1 y el Material 2 son los dos materiales del termopar que forman el termopar. El"extremo caliente"es el punto donde se sueldan entre sí, este es el punto donde se mide la temperatura del proceso y el punto donde se genera el voltaje U1. Este U1 es lo que queremos medir. En el"unión fría"En este punto, el termopar se conecta al voltímetro cuya conexión es de diferente material (Material 3). Mientras estos diferentes materiales estén a la misma temperatura ambiente, los voltajes adicionales U2, U3 que generan no tienen ningún efecto sobre el voltaje térmico general. El voltaje térmico en la tabla de índice es el voltaje establecido generado por el gradiente térmico desde el extremo caliente al extremo frío cuando el extremo frío está a 0°C. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, la temperatura ambiente del transmisor de temperatura y la unión fría del termopar no es 0°C en la mayoría de los casos. Por lo tanto, se debe eliminar la influencia de la temperatura de la unión fría al calcular la temperatura de la unión caliente utilizando una tabla de índice, que también se denomina compensación de la unión fría.
Método de compensación de unión fría
1. Método del baño de punto de congelación
Por su naturaleza, las uniones de termopar no desarrollan ningún voltaje térmico a 0°C (32°F). Así, puedes conectar uniones frías a esa temperatura, por ejemplo en un baño de punto de congelación o en un horno de calibración de temperatura precisa. Conecte los cables del termopar a los cables de cobre en un baño de punto de congelación sin generar voltaje térmico durante la conexión. Entonces no tendrás que preocuparte por el extremo frío. Las conexiones deben estar aisladas eléctricamente del agua del baño de hielo para evitar corrientes de fuga que puedan provocar errores o posible corrosión. Este es un método muy preciso y generalmente lo realizan laboratorios de calibración. En las fábricas esto no es muy práctico, por lo que no se suele utilizar en las fábricas.
2. Unión fría a temperatura fija
Dado que se ha descubierto que los sumideros de hielo no son prácticos, también se puede realizar la unión fría a una temperatura fija y conocida. Se puede utilizar una pequeña caja de conexiones, que tenga un dispositivo de control de temperatura para mantener la caja de conexiones a una temperatura determinada en todo momento. Normalmente, la temperatura es más alta que la ambiente, por lo que solo es necesario calentar la caja, no enfriarla.
Cuando conoce la temperatura en la unión fría y el tipo de termopar, puede calcular y compensar el voltaje térmico en la unión fría. Muchos dispositivos de medición o calibradores de temperatura tienen la capacidad de ingresar la temperatura de la unión fría y el dispositivo hará todos los cálculos y compensaciones por usted.
3. Compensación automática para medir la temperatura de la unión fría.
Deje que el equipo de medición calcule automáticamente. El dispositivo de medición (transmisor, tarjeta de entrada DCS) puede medir la temperatura de la unión fría en cualquier momento y compensar automáticamente el error de la unión fría en línea. Dado que el dispositivo de medición también conoce el tipo de termopar, la compensación se puede realizar de forma automática y continua.
Esta es necesariamente la forma más fácil y práctica de compensar las uniones frías en mediciones y calibraciones normales, ya que no necesita preocuparse por la unión fría, sino dejar que el equipo se encargue de ello.
Compensación de unión fría para NCS-TT106
Los productos de transmisores de temperatura modulares de Microcyber Corporation incluyen tres acuerdos HART, PROFIBUS PA y FF H1.
Admite todos los métodos de compensación de la unión fría mencionados anteriormente y existen dos métodos de compensación automática para medir la temperatura de la unión fría. Puede optar por utilizar el sensor de temperatura incorporado cerca del terminal del NCS-TT106, o puede elegir un sensor de temperatura de resistencia de platino externo. La precisión de la medición de temperatura del sensor de temperatura incorporado es de ±0,5 ℃, y cuando se conecta el sensor de temperatura de resistencia de platino externo PT100, la precisión de la medición de temperatura es de ±0,15 ℃.
