Qué es un termopar
Un termopar mide la temperatura generando su propia tensión. Dos metales distintos unidos en un punto producen una pequeña diferencia de potencial cuando esa unión está a una temperatura distinta de la del otro extremo de los hilos, y el valor de esa tensión sigue una curva publicada para el par de metales empleado. No hay que alimentar nada al sensor para que funcione, y esa es la propiedad que decide dónde se usan los termopares: en la parte alta del rango de temperatura, en los puntos de medición más pequeños y en máquinas donde un elemento resistivo no sobreviviría.
Los tipos de letra son la forma abreviada de designar esos pares de metales. El tipo K es el caballo de batalla de uso general en la franja de moderada a alta, el tipo J sirve a equipos más antiguos, el tipo T cubre bajas temperaturas y refrigeración, el tipo E ofrece la mayor sensibilidad de los pares de metal base, el tipo N se desarrolló para lograr mejor estabilidad a temperatura y los tipos R, S y B emplean platino y rodio para los rangos más altos y las funciones más exigentes. Elegir entre ellos es elegir rango, sensibilidad, atmósfera y costo, y fija a qué tiene que estar configurado el instrumento receptor.
Quien compra recurre a un termopar en dos situaciones que parecen distintas y son el mismo problema. La primera es una temperatura superior a la que sobrevive un elemento resistivo, típicamente por encima de 500 °C y con seguridad por encima de 850 °C. La segunda es un punto de medición demasiado pequeño, demasiado rápido o demasiado incómodo para una sonda insertada: un cañón de inyección, una banda calefactora, un soporte de cojinete, un conducto de escape, una superficie de vidrio o de cerámica. En ambas, el factor decisivo suelen ser las cuestiones mecánicas y no el elemento.
Lo que distingue un conjunto de termopar de otro rara vez es la letra. Es la forma de la unión, el material y el diámetro de la vaina, cómo se sujeta la sonda contra el proceso y cómo se resuelve la unión fría del extremo lejano. Esas cuatro decisiones fijan el tiempo de respuesta, la vida útil y el error de medición real, y son las que conviene resolver antes de hablar de precio.
Cómo mide un termopar
El efecto lleva el nombre de Seebeck. Donde se encuentran dos metales distintos, una diferencia de temperatura entre esa unión y los otros extremos de los hilos impulsa una pequeña corriente, y la tensión resultante es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura en un alcance limitado. No es proporcional en todo el rango, y por eso cada tipo de letra tiene su propio polinomio y por eso hay que indicar al instrumento qué tipo está leyendo. La señal de un termopar es además pequeña: decenas de microvoltios por grado en los pares de metal base habituales y solo unos pocos microvoltios por grado en los tipos de platino.
Como la tensión se genera entre la unión de medición y los bornes donde terminan los hilos, la temperatura de esos bornes forma parte de la medición. El remedio es la compensación de unión fría: el instrumento mide la temperatura en sus propios bornes y vuelve a sumar la tensión correspondiente, de modo que la lectura refleje solo la unión de medición. La compensación no es opcional ni es un refinamiento. Sin ella, un termopar informa de la diferencia entre dos temperaturas, y solo una de ellas es la que se quiere.
El mismo principio condiciona el cableado. Cada punto en el que un hilo de termopar se encuentra con cobre es en sí mismo una unión de termopar, así que el circuito tiene que armarse con hilo de termopar del tipo correspondiente y, donde se prolongue, con cable de compensación o de extensión del mismo tipo y con conectores de las mismas aleaciones. Una regleta de bornes de cobre entre la sonda y el instrumento no interrumpe la medición: lo que hace es insertar dos uniones más cuya temperatura se desconoce, y el error que introducen es fijo y fácil de confundir con una deriva del sensor.
De ahí se derivan dos consecuencias para la propia unión. Una unión a masa suelda el punto de medición a la vaina, lo que da una respuesta rápida porque el calor y la corriente pasan con facilidad, pero también conecta el circuito de medición con todo lo que toque la vaina; sobre metal puesto a tierra, ese camino puede ser una fuente de ruido o de corriente circulante. Una unión aislada aísla el punto de medición dentro de la vaina, lo que separa el circuito a cambio del tiempo de respuesta. Una unión expuesta es aún más rápida y se usa donde el medio no es corrosivo y no hace falta mantenerlo fuera.
Opciones de configuración
La mayor parte de la especificación viene determinada por estas decisiones y no por la clase de exactitud. Cada una condiciona la siguiente, y por eso se resuelven en orden.
| Decisión | Opciones a definir | Qué decide realmente |
| Tipo de calibración | K, J, T, E, N, R, S o B, y el cable de extensión correspondiente | El rango utilizable, la sensibilidad en microvoltios por grado, la atmósfera que tolera el par y a qué tiene que estar configurado el instrumento receptor. Es la única decisión que invalida la lectura por completo si se equivoca. |
| Forma de la unión | A masa, aislada o expuesta; y la unión puede ir soldada o formar parte de un contacto con muelle | El tiempo de respuesta, el aislamiento eléctrico entre el circuito de medición y la máquina, y cuánta protección tiene la unión frente al medio. |
| Vaina y diámetro | Acero inoxidable, Inconel, cerámica o cable con aislamiento mineral y trenza, en diámetros desde menos de un milímetro hasta varios milímetros | Con qué rapidez responde el conjunto y qué resiste. Una vaina pesada en una aleación resistente a la corrosión dura, y responde como la vaina y no como la unión que lleva dentro. |
| Cómo se sujeta la sonda | Abrazadera con muelle, cabezal roscado, racor de compresión, placa soldada o punta desnuda contra una superficie | La presión de contacto y la profundidad de inmersión, que juntas deciden si la unión ve la temperatura del proceso o la del soporte que la sujeta. |
| Tratamiento de la unión fría | Un cabezal de bornes en la sonda, un transmisor montado en la sonda o un cable de compensación hasta el instrumento | Dónde se compensa y qué cuesta el tramo. Transmitir en la sonda convierte la pequeña tensión en una señal de bucle antes de que pueda captar interferencias. |
| Número de puntos de medición | Una sonda por canal o una tarjeta de entradas multiplexada | Si cada punto necesita su propio canal de instrumento y su propia compensación, algo que en una máquina con muchos puntos suele ser la mayor parte del costo. |
Cómo elegir un termopar
| Criterio | Cómo resolverlo | Por qué decide la respuesta |
|---|
| El extremo alto del rango de temperatura | Tome la temperatura de trabajo normal y súmele el sobrepaso que el proceso produce de verdad, no el que el bucle de control debería producir. | De ahí se derivan tanto el tipo de letra como el material de la vaina. Un par de metal base elegido por economía deja de ser la respuesta correcta bastante por debajo del rango que figura impreso en él en cuanto se tiene en cuenta la atmósfera. |
| La atmósfera | Indique en qué está la sonda: aire, gas de combustión, metal fundido, vacío, un entorno reductor u oxidante, o una superficie caliente en aire en reposo. | El tipo K tiende a derivar en atmósfera reductora y sufre el efecto de ordenamiento de corto alcance en torno a 250 a 550 °C; el tipo N se desarrolló en parte para responder a eso. Los tipos de platino son la respuesta a alta temperatura, pero no son inmunes a la contaminación. |
| Tiempo de respuesta requerido | Decida si la lectura tiene que seguir a un proceso cambiante o si solo será un valor en régimen permanente. | Una vaina fina, una unión a masa o expuesta y una masa pequeña en la punta acortan la respuesta, y cada una cambia protección o aislamiento por velocidad. Un conjunto lento que lee un proceso cíclico informa de una media que nadie había pedido. |
| Entorno eléctrico | Diga si la sonda va fijada a metal puesto a tierra y si hay variadores de velocidad o calefactores cerca. | La señal de microvoltios capta interferencias que un bucle de 4-20 mA soporta sin problema. Un cable apantallado o trenzado y una unión aislada son las respuestas habituales, y transmitir en la sonda es la más completa. |
| Distancia al instrumento | Mida el tramo y decida después dónde debe quedar la unión fría. | El cable de compensación es más caro que el cobre y tiene su propia tolerancia, así que un tramo largo suele servirse mejor con un transmisor en la sonda que con un conductor de compensación largo hasta la sala de control. |
| Si la lectura debe poder verificarse | Pregunte si el valor se va a imprimir, auditar o usar para liberar un lote. | Un termopar desnudo no lleva calibración trazable salvo que se suministre con ella. Cuando hay que defender la cifra, el conjunto necesita una tolerancia documentada y una vía de reverificación. |
Las alternativas más cercanas
Estos son los tipos a los que normalmente se refiere una consulta por un termopar, y el punto en el que la elección se decide realmente.
| Alternativa más cercana | Qué la diferencia de un termopar |
| Termopares tipo K | Un único tipo de letra y no la familia. Merece la pena elegirlo cuando el par de uso general cubre el rango y la atmósfera, y conviene evitarlo cuando el proceso se sitúa en el rango de ordenamiento o trabaja en atmósfera reductora. |
| Sensores de temperatura RTD | Mide una resistencia en lugar de generar una tensión, así que necesita una corriente de excitación y da una señal más lenta, mayor y más coherente. Cuando la temperatura cae dentro del rango de un elemento de platino y la lectura tiene que concordar entre instrumentos, el RTD es el instrumento mejor y el termopar no es un equivalente. |
| Detectores de temperatura por resistencia | El elemento resistivo desnudo o el componente sensor, suministrado como pieza con conductores y no como conjunto montado con conexión al proceso. Se elige cuando la carcasa y la conexión son del propio comprador. |
| Transmisores de temperatura | No mide nada por sí mismo. Lee el termopar y convierte la pequeña tensión en una señal de bucle antes de que recorra el cable, que es como se conecta normalmente un termopar cuando el instrumento está a más de unos pocos metros. |
| Termómetros infrarrojos | Lee una superficie sin contacto, así que puede medir un blanco móvil o inaccesible que ninguna sonda podría tocar. Mide una superficie y no el seno del material, y hay que conocer la emisividad, de modo que complementa a un termopar en lugar de sustituirlo. |
| Controladores de temperatura | Toma la señal del termopar y gobierna un calefactor o un enfriador hacia un punto de consigna. Es el instrumento al que se conecta la sonda en una máquina y es la pieza que tiene que estar configurada con el mismo tipo de letra. |
El tipo de letra es lo que una consulta nombra primero y lo que menos decide. La forma de la unión, la vaina y cómo se sujeta la sonda deciden si la medición funciona.
Qué incluir en la consulta
La primera respuesta puede ser una cotización en lugar de una lista de preguntas si la consulta incluye estos datos. Si no conoce una cifra, envíe la descripción de la aplicación y le confirmaremos lo que implica.
- Tipo de calibración requerido, o el rango de temperatura y la atmósfera si el tipo queda abierto
- La temperatura de trabajo normal y la excursión más alta que alcanza
- Atmósfera o medio que ve la sonda, y si es corrosivo o reductor
- Cómo se sujeta la sonda: abrazadera con muelle, rosca, racor de compresión o contacto superficial
- Diámetro, longitud y profundidad de inserción de la sonda, y el espacio disponible en el punto de medición
- Forma de la unión, a masa o aislada, con el motivo si se especifica una
- Longitud del conductor o del cable de extensión, y el tipo de cable ya instalado
- A qué distancia está el instrumento y si se necesita un transmisor o un cabezal de bornes
- Tiempo de respuesta que necesita la aplicación
- Cantidad, puerto de destino y fecha de entrega requerida
