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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA ESCUELA DE TECNOLOGÍA MECÁNICA TECNOLOGÍA MECÁNICA LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

  TM693 INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL LABORATORIO Nº3 MEDICIÓN DE TEMPERATURA MEDIANTE TERMOCUPLA _______________________________________________________________________________________________________________________   RESUMEN

WILSON PÉREZ CASTRO

En este documento hace referencia a un elemento primario de tipo pasivo llamado termocupla (o termopar) ampliamente utilizado en la industria, se hace un recorrido desde el origen hasta conceptos teóricoprácticos para la medición de temperatura con termocuplas, haciendo uso de tablas que describen el comportamiento de la salida de este sensor al igual que su acondicionamiento de señal.

  1. OBJETIVOS   -­‐   -­‐

Verificar  la  variación  de  la  tensión  de  salida   de   la   termocupla   disponible   en   la   práctica   en  función  de  la  temperatura.  

Ingeniero en Mecatrónica Universidad Tecnológica de Pereira Tecnólogo en Mecánica Universidad Tecnológica de Pereira Aspirante a Magister en Instrumentación Física Profesor Transitorio

Tipos de termocupla. Existen muchos tipos de termocupla (ver tabla 1) pero las más comunes son las tipo J y tipo K. Tabla 1. Tipos de termocuplas (comunes)

Aplicar   el   amplificador   de   instrumentación,   para   la   amplificación   y   adecuación   de   la   tensión  generada  por  la  termocupla.  

2. MARCO TEÓRICO   Es un sensor de temperatura de uso común en la industria. Se basa en el efecto termopar descubierto por Seebeek en 1821. Se fabrican con dos alambres de distinto material unidos por un extremo (ver Figura 1)

http://infoplc.net/files/documentacion/instrumentacion_deteccion/infoplc_net_tempe ratura_laboratorio_2_elt3842_2_2010.pdf

Figura 2. Colores cables para termocupla

Figura 1. Efecto Seebeek Loc. Cit.

Seebeek effect, engadget.com1 Figura 2. Tensión típica en una termocupla.

ARIAN, Control & Instrumentación2

                                                                                                                1  http://www.engadget.com/2008/10/09/researchers-­‐ say-­‐spin-­‐seebeck-­‐effect-­‐could-­‐lead-­‐to-­‐new-­‐batterie/     2  http://www.arian.cl/downloads/nt-­‐002.pdf           (consultado  el  12/10/2011)  

Usos típicos en la industria. Tipo J En la industria del plástico, goma, Fundición de metales a bajas temperaturas (Zamak3 y Aluminio). Tipo K en fundición en hornos a temperaturas menores a 1300oC, como en el caso de fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos. Tipo R, S y B. Siderúrgica (fundición de acero). Tipo T. Para la industria de alimentos, pero ha sido reemplazada por las RTD (PT100) Compensación de cero. Es un serio inconveniente de las termocuplas, puesto que, a

                                                                                                                 El  Zamak  es  una  aleación  de  zinc  con  aluminio,  magnesio   y   cobre.   Tiene   dureza,   resistencia   a   la   tracción,   temperatura   de   fusión   de   386   °C.   Este   material   puede   inyectarse  (por  cámara  fría  o  caliente  y  por  centrifugación).     3

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  conectar la termocupla es necesario empalmar los cables de conexión con un conductor, ósea, cobre (Ecuación 1). ! = !!" ! − !!" !! (1) Verificar el funcionamiento de un instrumento. Para verificar que un instrumento de termocupla funciona correctamente, se hace un corto ó puente en la entrada de modo que V = 0, el instrumento deberá marcar la temperatura de ambiente Ta que hay en el conector trasero donde se hizo el puente.

como fuente de calor y cuanto tiempo demora en estabilizarse la lectura. 5.

 

Verificación Tipo J y tipo K. Una T/C tipo J está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán. El alambre de hierro se puede reconocer con un imán, es gris opaco. El constantán (cobre-nickel) es tambien magnético pero muy lévemente, es plateado brillante. Las termocuplas K están hechas con cromel (cromo - aluminio) y alumel (aluminio -nickel) ambos de color plateado brillante pero el alumel es lévemente magnético por su contenido de nickel.

5. CUESTIONARIO 1.

Con las mediciones realizadas puntos 5, del desarrollo, elabore de los mili volt generados temperatura (ºC) y trace las respectivas.

2.

Para el tipo de termocupla utilizada, halle el error relativo de los mili volt del valor medido y el valor nominal en tablas.

3.

Por medio de paginas de Internet obtenga información técnica referente a las termocuplas, de por lo menos dos fabricantes o comercializadores de estos sensores.

4.

Mediante un amplificador de instrumentación amplifique la señal de salida de la termocupla con la ganancia necesaria para compararla y mediante un sistema de comparación se matenga una temperatura de 60 ºC en una lámpara de 75W.

3. MATERIALES   2 Multímetros digitales (con termocupla) Cables telefónicos 1 Amplificador de instrumentación 6 resistencias de 2k 1 trimmer de 500 Ohm 1 Comparador de nivel 1 LM339 2 Resistencia de 1k y 10k 1 Transistor TIP41C 1 Diodo 1N400x 1 Rele de 12 V 1 lampara de 60W a 100W

 

4. PROCEDIMIENTO   1.

Identificar el tipo de (describa el procedimiento)

termocupla

2.

Describir el proceso que realiza el instrumento de medida para determinar la temperatura actual a partir de la termocupla utilizada.

3.

Comprobar la tensión en los terminales de la termocupla a temperatura ambiente y concluya.

4.

Comprobar la temperatura máxima que se genera a partir de una lámpara de 75W

Utilizando el termopar tipo __, mida con un voltímetro (en mili volt) la tensión generada cada 5ºC a partir de la ambiente mediante el indicador digital.

en los la tabla contra curvas

6. CONCLUSIONES

Indique las conclusiones del laboratorio realizado. (Informe: el cuestionario, las conclusiones y la bibliografía).

 

7. BIBLIOGRAFÍA

[1] Antonio Creus INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL, sexta edición, Marcombo Alfaomega 2005 [2] Xelier Tapia TEXTO ELT 3842 INSTRUMENTACION, 2006, editorial particular. [3] THE TEMPERATURE HANDBOOK, Colección 28, Omega, 2003 [4] www.arian.com [5]http://infoplc.net/files/documentacion/instrumentacion_deteccion/infoplc_net_te mperatura_laboratorio_2_elt3842_2_2010.pdf