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Compensación de unión fría

El mecanismo de compensación de unión de metales homogéneos es una técnica utilizada en circuitos de medición de temperatura, principalmente basados en termopares, para compensar la dependencia con la temperatura ambiente inherente en la realización de la medida. Dicha compensación permite la realización de una medida absoluta de la temperatura de un cuerpo o fluido.

Descripción técnica

Dado su uso principal en circuitos basados en termopares, a continuación se explica una descripción detallada del proceso de compensación para los circuitos que los utilicen.

El principio de funcionamiento de un termopar se basa en el hecho de que, si un metal tiene diferentes temperaturas en sus extremos, sobre este existirá un flujo de energía desde la zona de más temperatura a la de menos, con el fin de equilibrar energéticamente el sistema. Este flujo provocará una diferencia de potencial entre los extremos que será la magnitud que se mida, para mediante una relación directa conocer la temperatura deseada. La respuesta del termopar ante la diferencia de temperaturas, dependerá fundamentalmente del tipo de metales usados y su tecnología de fabricación. Comúnmente los termopares constan de dos metales con un punto en común de unión, denominado unión caliente, al ser este punto el que está en contacto con aquello del cual se desee conocer su temperatura. Los otros dos extremos se encuentran abiertos y son sobre los que se mide la diferencia de potencial o tensión. Estos extremos pertenece a la denominada unión fría, debido a que se encuentran a temperatura ambiente, por lo general menor que la temperatura a medir.

Particularmente, la tensión entre extremos del termopar, se puede aproximar según la siguiente expresión:

 

donde α es un parámetro dependiente de los tipos de metales usados y representa la sensibilidad de la tensión de salida frente a cambios de temperatura(normalmente μv/°C),(To) es la temperatura ambiente y (Tª) la temperatura a medir.

Para poder medir tensiones en un extremo, ha de existir pues una diferencia de temperatura que vendrá dada por la que deseamos medir, y por la temperatura ambiente a la que se encuentre el termopar. Por lo tanto, vemos que la tensión depende de la temperatura ambiente, cosa que no es nada recomendable. Pensemos por ejemplo que la tensión de salida de un objeto que está a 45 °C con una temperatura ambiente de 30 °C, será diferente de la obtenida con el mismo objeto a 45 °C y temperatura ambiente de -10 °C. El objetivo de la compensación de la unión fría es pues, eliminar el efecto que produce la temperatura ambiente. La manera más inmediata, es la de sumarle un término αTo a la expresión comentada anteriormente. Para ello, se crea un circuito auxiliar que dependa de la misma temperatura ambiente To, y que entregue una tensión capaz de anular el término -αTo de la tensión.

En la Figura 1 adjunta a este artículo, se presenta un circuito muy simple capaz de realizar esta compensación de una manera sencilla.

 
Figura 1. Diseño básico para la compensación de unión fría de un termopar

En éste se hace uso de un circuito compensador, comúnmente un termistor de los muchos que se puedan encontrar en el mercado a temperatura ambiente To junto con la unión fría. La respuesta de dicho circuito, es una tensión de salida fijada por el fabricante según la temperatura a la que encuentre, y normalmente se considera la respuesta de éste lineal de la forma: Vtermisor = βTo, donde β representa la sensibilidad que posea el circuito integrado aportada por el fabricante(normalmente en mv/°C).

Seguidamente se intercala una etapa para acondicionar el valor de su salida a uno que sea αTo con el fin de conseguir el propósito antes comentado. En el caso de la Figura 1, se hace uso de un simple divisor de tensión. Por lo tanto siguiendo la nomenclatura de la imagen, la tensión de toda la sección compensadora se puede expresar como:

 

Si queremos anular el efecto del término -αTo en la tensión del termopar (Vtermopar), deberemos conseguir con Vcompensador una tensión de esta magnitud y sumársela, para así obtener como tensión resultante de la suma de ambas, Vresultante, una medida que no depende de la temperatura ambiente.

 
 

Por lo tanto, la condición a cumplir es que el término   sea igual a  , quedando finalmente la condición de compensación de la unión fría como:

 

Jugando con los valores de R1 y R2 se consigue compensar adecuadamente la dependencia respecto a la temperatura ambiente en el circuito de medida.

Controversia en la solución para la compensación

Cabe destacar que el lector se estará cuestionando que, paradójicamente; se necesita un termistor -otro sensor de temperatura- para poder medir temperatura correctamente con el termopar. La respuesta es que en algunas circunstancias es necesario el uso de un termopar allí donde un termistor o circuito integrado sería imposible. Pensemos por ejemplo en medir una temperatura de 600 °C donde ningún integrado sobreviviría, pero podemos tener el termopar a dicha temperatura y a una distancia con temperatura ambiente, la unión fría con su compensador y el circuito que capta la señal. También cabe destacar que el termopar es mucho más lineal y tiene mucho mayor rango de operatividad que cualquier termistor.

Véase también

  •   Datos: Q5779810

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El mecanismo de compensacion de union de metales homogeneos es una tecnica utilizada en circuitos de medicion de temperatura principalmente basados en termopares para compensar la dependencia con la temperatura ambiente inherente en la realizacion de la medida Dicha compensacion permite la realizacion de una medida absoluta de la temperatura de un cuerpo o fluido Descripcion tecnica EditarDado su uso principal en circuitos basados en termopares a continuacion se explica una descripcion detallada del proceso de compensacion para los circuitos que los utilicen El principio de funcionamiento de un termopar se basa en el hecho de que si un metal tiene diferentes temperaturas en sus extremos sobre este existira un flujo de energia desde la zona de mas temperatura a la de menos con el fin de equilibrar energeticamente el sistema Este flujo provocara una diferencia de potencial entre los extremos que sera la magnitud que se mida para mediante una relacion directa conocer la temperatura deseada La respuesta del termopar ante la diferencia de temperaturas dependera fundamentalmente del tipo de metales usados y su tecnologia de fabricacion Comunmente los termopares constan de dos metales con un punto en comun de union denominado union caliente al ser este punto el que esta en contacto con aquello del cual se desee conocer su temperatura Los otros dos extremos se encuentran abiertos y son sobre los que se mide la diferencia de potencial o tension Estos extremos pertenece a la denominada union fria debido a que se encuentran a temperatura ambiente por lo general menor que la temperatura a medir Particularmente la tension entre extremos del termopar se puede aproximar segun la siguiente expresion V t e r m o p a r a T a T o a T a a T o displaystyle Vtermopar alpha cdot T a To alpha cdot T a alpha cdot To donde a es un parametro dependiente de los tipos de metales usados y representa la sensibilidad de la tension de salida frente a cambios de temperatura normalmente mv C To es la temperatura ambiente y Tª la temperatura a medir Para poder medir tensiones en un extremo ha de existir pues una diferencia de temperatura que vendra dada por la que deseamos medir y por la temperatura ambiente a la que se encuentre el termopar Por lo tanto vemos que la tension depende de la temperatura ambiente cosa que no es nada recomendable Pensemos por ejemplo que la tension de salida de un objeto que esta a 45 C con una temperatura ambiente de 30 C sera diferente de la obtenida con el mismo objeto a 45 C y temperatura ambiente de 10 C El objetivo de la compensacion de la union fria es pues eliminar el efecto que produce la temperatura ambiente La manera mas inmediata es la de sumarle un termino aTo a la expresion comentada anteriormente Para ello se crea un circuito auxiliar que dependa de la misma temperatura ambiente To y que entregue una tension capaz de anular el termino aTo de la tension En la Figura 1 adjunta a este articulo se presenta un circuito muy simple capaz de realizar esta compensacion de una manera sencilla Figura 1 Diseno basico para la compensacion de union fria de un termopar En este se hace uso de un circuito compensador comunmente un termistor de los muchos que se puedan encontrar en el mercado a temperatura ambiente To junto con la union fria La respuesta de dicho circuito es una tension de salida fijada por el fabricante segun la temperatura a la que encuentre y normalmente se considera la respuesta de este lineal de la forma Vtermisor bTo donde b representa la sensibilidad que posea el circuito integrado aportada por el fabricante normalmente en mv C Seguidamente se intercala una etapa para acondicionar el valor de su salida a uno que sea aTo con el fin de conseguir el proposito antes comentado En el caso de la Figura 1 se hace uso de un simple divisor de tension Por lo tanto siguiendo la nomenclatura de la imagen la tension de toda la seccion compensadora se puede expresar como V c o m p e n s a d o r V R 1 V t e r m i s t o r R 1 R 1 R 2 b T o R 1 R 1 R 2 displaystyle Vcompensador VR1 Vtermistor cdot frac R1 R1 R2 beta cdot To cdot frac R1 R1 R2 Si queremos anular el efecto del termino aTo en la tension del termopar Vtermopar deberemos conseguir con Vcompensador una tension de esta magnitud y sumarsela para asi obtener como tension resultante de la suma de ambas Vresultante una medida que no depende de la temperatura ambiente V r e s u l t a n t e V t e r m o p a r V c o m p e n s a d o r displaystyle Vresultante Vtermopar Vcompensador V r e s u l t a n t e a T a a T o b T o R 1 R 1 R 2 displaystyle Vresultante alpha cdot T a alpha cdot To beta cdot To cdot frac R1 R1 R2 Por lo tanto la condicion a cumplir es que el termino b T o R 1 R 1 R 2 displaystyle beta cdot To cdot frac R1 R1 R2 sea igual a a T o displaystyle alpha cdot To quedando finalmente la condicion de compensacion de la union fria como b R 1 R 1 R 2 a displaystyle beta cdot frac R1 R1 R2 alpha Jugando con los valores de R1 y R2 se consigue compensar adecuadamente la dependencia respecto a la temperatura ambiente en el circuito de medida Controversia en la solucion para la compensacion EditarCabe destacar que el lector se estara cuestionando que paradojicamente se necesita un termistor otro sensor de temperatura para poder medir temperatura correctamente con el termopar La respuesta es que en algunas circunstancias es necesario el uso de un termopar alli donde un termistor o circuito integrado seria imposible Pensemos por ejemplo en medir una temperatura de 600 C donde ningun integrado sobreviviria pero podemos tener el termopar a dicha temperatura y a una distancia con temperatura ambiente la union fria con su compensador y el circuito que capta la senal Tambien cabe destacar que el termopar es mucho mas lineal y tiene mucho mayor rango de operatividad que cualquier termistor Vease tambien EditarTermopar Instrumentacion electronica Termistor Temperatura Datos Q5779810Obtenido de https es wikipedia org w index php title Compensacion de union fria amp oldid 118693474, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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