Voltaje y Temperatura de Termopar
Calcula el voltaje EMF del termopar a partir de la temperatura de unión caliente y compensación de unión fría para tipos K, J, T y E.
Fórmula
E = S × (T_hot − T_cold)
Referencia: NIST Monograph 175
Cómo Funciona
Un termopar genera una fuerza electromotriz termoeléctrica proporcional a la diferencia de temperatura entre una unión caliente y una unión fría (de referencia) mediante el efecto Seebeck. La tensión de salida es E = S × (T_hot − T_cold), donde S es el coeficiente de Seebeck en μV/°C. Cada tipo de termopar tiene un coeficiente de Seebeck característico: tipo K (cromel—alumel) ≈ 41 μV/°C, tipo J (hierro—Constantan) ≈ 51 μV/°C, tipo T (cobre—Constantan) ≈ 43 μV/°C y tipo E (cromel—Constantan) ≈ 68 μV/°C. En la práctica, la unión fría no está a 0 °C, sino a la temperatura terminal del instrumento de medición. La compensación de unión fría (CJC) suma o resta la corrección de voltaje de unión fría para producir la medición correcta. Las tablas de polinomios del NIST proporcionan conversiones más precisas (no lineales) en rangos de termopares completos; la aproximación lineal de Seebeck utilizada aquí tiene una precisión de ± 1 a 3% en rangos de temperatura moderados.
Ejemplo Resuelto
Problema: Un termopar de tipo K tiene la unión caliente a 350 °C y la unión fría a 23 °C. ¿Cuál es la tensión medida y cuál es la corrección de la unión fría necesaria? Solución: 1. Coeficiente de Seebeck tipo K S = 41 μV/°C 2. ΔT = T_caliente − T_frío = 350 − 23 = 327 °C 3. EMF medido: E = 41 × 327 = 13,407 μV ≈ 13,4 mV 4. Corrección de unión fría: e_CJC = 41 × 23 = 943 μV ≈ 0.94 mV 5. Tensión real de conexión en caliente (ref. 0 °C): 13,4 + 0,94 = 14,35 mV Resultado: la salida del termopar es de 13,4 mV; la corrección CJC añade 0,94 mV para hacer referencia a 0 °C.
Consejos Prácticos
- ✓Utilice el mismo tipo de cable de extensión que el termopar (extensión de tipo K con termopar de tipo K) para evitar la introducción de uniones Seebeck adicionales en las conexiones.
- ✓Un amplificador de instrumentación INA118 o AD8495 con compensación de unión fría incorporada simplifica significativamente el acondicionamiento de la señal del termopar.
- ✓Para temperaturas superiores a 1000 °C, la precisión del tipo K se degrada debido a la oxidación preferencial del aluminio; los tipos R o S (a base de platino) proporcionan una mayor precisión a altas temperaturas.
Errores Comunes
- ✗Haciendo caso omiso de la compensación de unión fría: si la regleta de terminales está a 30 °C en lugar de a 0 °C, el error en una medición de tipo K es de 30 × 41 = 1230 μV, lo que equivale a un error de temperatura de 30 °C.
- ✗Uso del tipo de termopar incorrecto en las tablas de consulta: los cables tipo K y tipo J tienen un aspecto similar; el uso de la calibración J en el cable K introduce errores de hasta 50 °C a altas temperaturas.
- ✗Enrutar el cable de extensión del termopar cerca de conductores de alta corriente: las señales de milivoltios se corrompen fácilmente con el acoplamiento inductivo; utilice siempre un cable de extensión de termopar blindado retorcido.
Preguntas Frecuentes
¿Por qué es necesaria la compensación de la unión fría?
Los termopares miden la diferencia de temperatura entre las uniones frías y calientes, no la temperatura absoluta. Si la unión fría (en el terminal de instrumentación) no está a la temperatura de referencia (normalmente 0 °C), la lectura incluye un error de compensación. El CJC mide la temperatura del terminal y resta la contribución de voltaje correspondiente para recuperar la temperatura real de la unión en caliente.
¿Qué tipo de termopar es mejor para uso general?
El tipo K es el termopar más utilizado que cubre de −200 °C a +1372 °C con buena sensibilidad (41 μV/°C) y un costo razonable. El tipo T es el preferido para temperaturas bajas (de −200 °C a +350 °C) debido a su mayor precisión y resistencia a la oxidación en ambientes húmedos.
¿Qué tan precisa es la aproximación lineal de Seebeck?
La aproximación lineal tiene una precisión de ± 2— 3% en un rango de ± 100 °C alrededor de un punto de referencia. Para mediciones de precisión o rangos de temperatura amplios, utilice las tablas de polinomios del NIST (monografía 175 del NIST), que modelan la falta de linealidad de hasta ±0,02 °C.
Related Calculators
Sensor
PT100 Resistance
Calculate PT100 or PT1000 RTD resistance at any temperature using the ITS-90 Callendar-Van Dusen equation.
Sensor
RTD Temperature
Calculate temperature from PT100 or PT1000 RTD (Resistance Temperature Detector) measured resistance using the linear Callendar-Van Dusen approximation.
Sensor
NTC Thermistor
Calculate temperature from NTC thermistor resistance using the Steinhart-Hart beta equation. Useful for PT100/PT1000 and generic NTC thermistors.
Sensor
Wheatstone Bridge
Calculate Wheatstone bridge output voltage, balance condition, and sensitivity. Used for strain gauges, RTDs, and precision resistance measurements.
Sensor
Hall Effect Sensor
Calculate Hall voltage, Hall coefficient, and sensitivity for Hall effect sensors. Useful for magnetic field measurement, current sensing, and position detection.
Sensor
Strain Gauge Bridge
Calculate Wheatstone bridge output voltage for strain gauges. Supports quarter, half, and full bridge configurations for structural monitoring and load cell design.