Termoparell

De Viquipèdia

Es denomina termoparell a la unió de dos materials conductors amb diferent composició metal·lúrgica. El termoparell genera una força electromotriu (f.e.m.) que depèn de la diferència de temperatura de la unió calenta (o de mesura) i la unió freda (o de referència), així com de la composició del termoparell.

Els termoparells són utilitzats com a sensors de temperatura, en sectors tan diversos com ara l'automoció, la indústria aerospacial, la biotecnologia o l'electrònica.

Normalment es trien els termoparells per aquelles aplicacions en què les temperatures siguin superiors a 400ºC, quan es requereixi un temps de resposta ràpid, quan es requereixi un termòmetre molt petit o prim, o bé quan s'esperen xocs o vibracions.

Taula de continguts

[edita] Funcionament

Quan s'escalfa la unió calenta es produeix una transferència d'electrons d'un metall a l'altre. Si es connecten els extrems no units a un circuit extern, hi circularà un corrent continu que serà més gran com més ho sigui el gradient entre la unió freda i la calenta. Així, un termoparell no mesura temperatures absolutes, sinó que permet mesurar la diferència de temperatura relativa entre l'extrem fred i l'extrem calent.

Esquema de funcionament d'un termoparell

El seu funcionament està directament relacionat amb algunes lleis termoelèctriques:

[edita] Compensació per unió freda

En general, la temperatura de la unió freda és detectada per un termistor de precisió en contacte amb els conectors de sortida de l'instrument de mesura. Aquesta segona lectura de temperatura, juntament amb la lectura del termoparell és emprada per l'instrument de medició per a calcular la temperatura vertadera en l'extrem del termoparell. Per aplicacions menys crítiques, la compensació per unió freda es realitza mitjançant un sensor de temperatura semiconductor. En combinar el señal d'aquest semiconductor amb la señal del termoparell, la lectura correcta es pot obtenir sense la necesitat de registrar dues temperatures. Qualsevol error en la medición de la temperatura de la unió freda es tradueix en l'error de la temperatura mesurada en l'extremo del termoparell.

Per a triar els materials que formen el termoparell convé que la f.e.m. associada a l'efecte Seebeck sigui la major possible i la provocada per l'efecte Thomson sigui mínima o nul·la.

[edita] Linealització

A més de la compensació per unió freda, l'instrument de mesura haurà de compensar el fet que la f.e.m. generada pel termoparell és una funció no lineal de la temperatura. Aquesta dependència s'aproxima habitualment per un polinomi (de 5è. a 9è ordre depenent del tipus de termoparell).

[edita] Tipus de termoparells

Els termoparells estan disponibles com a sondes en diferents modalitats. En funció del tipus de metalls i aliatges utilitzats, els termoparells presenten uns voltatges generats i uns rangs de temperatures d'ús diferents.

Tipus Material Rang de temperatures
J Fe-CuNi -40 °C fins +750 °C
K NiCr-Ni -40 °C fins +1200 °C
N NiCrSi-NiSi -40 °C fins +1200 °C
E NiCr-CuNi -40 °C fins +1200 °C
T Cu-CuNi -200 °C fins 0 °C
S Pt10%Rh-Pt 0 °C fins +1600 °C
R Pt13%Rh-Pt 0 °C fins +1600 °C
B Pt30%Rh-Pt6%Rh +600 °C fins +1700 °C
L Fe-CuNi +50 °C fins +900 °C
U Cu-CuNi +50 °C fins +600 °C

Generalment es treballa amb dues classes de precisió:

  • Classe limitada
  • Classe estàndard