Corriente producida por los termopares

Question

No puedo encontrar una respuesta a esto en Google.

Por ejemplo, un termopar de tipo K. La tensión producida es de unos 41uV/K. Me pregunto cómo cambia esto cuando se pone una carga a través de él. ¿Qué ecuación determina la corriente? ¿Puedo suponer que el termopar es equivalente a una fuente de tensión y una resistencia interna? ¿Qué corriente se produciría normalmente cuando se cortocircuita?

Gracias

Answer 1

Grandes razones para no permitir que la corriente fluya en su termopar:

1. Autocalentamiento: A fin de cuentas, el termopar es una pequeña unión metálica con cierta resistencia. El paso de corriente a través de él hará que se autocaliente por disipación de I^2 R. Esto es totalmente indeseable ya que puede alterar significativamente su medición.
2. Caída de IR: El termopar no es una fuente de tensión ideal. Tiene su propia resistencia. La extracción de corriente del termopar puede dar lugar a una caída significativa de IxR sobre su resistencia y su sensibilidad puede llegar a ser tremendamente inferior a 41uV/K (dependiendo de la corriente y de R, por supuesto).

Normalmente, para detectar las señales de los termopares, se necesita una especie de amplificador ideal con una impedancia de entrada extremadamente grande y un ruido muy bajo. Léase en la línea de Amplificadores de instrumentación para ver cómo deben ser los buenos circuitos de termo-acoplamiento.

Answer 2

Tengo entendido que la tensión del termopar es estrictamente una función de la temperatura. Al parecer, esto se llama el Tensión Seebeck . Como cualquier fuente de tensión, hay una resistencia interna asociada a ella debido a los efectos del "mundo real". La corriente de cortocircuito vendrá determinada por esa resistencia interna mediante el cálculo habitual de la Ley de Ohm I_ss = V(temperatura) / R_interna.

Answer 3

Los termopares pueden proporcionar, y de hecho lo hacen, una potencia útil.

Las sondas satelitales de larga distancia son alimentadas por RTGs: http://fas.org/nuke/space/gphs.pdf

Este documento describe cómo se utiliza el efecto termoeléctrico para alimentar estas naves espaciales, con, por lo general, 572 uniones, generando 294W ( 28V @ 10,5A) al comienzo de una misión, reduciéndose con el tiempo a medida que la fuente radiactiva decae.

http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/4716190/ describe con detalle la investigación exhaustiva de los materiales que podrían utilizarse en estos generadores.

Las uniones de silicio-germanio producen >300 microvoltios por grado K, lo que es elevado en comparación con una unión típica de termopar de grado "de medición".

Si quieres utilizar un termopar para medir algo, tienes que hacer que fluya la menor corriente posible. Si quiere que una unión proporcione corriente, entonces tome la mayor cantidad posible, teniendo en cuenta la caída de tensión a través de la unión.

Una cuestión muy parecida es la de los paneles fotovoltaicos en los tejados de las casas, donde el inversor fotovoltaico reduce la corriente extraída, para mantener el voltaje, para dar la máxima potencia extraída.

Answer 4

Llegué a esta publicación después de buscar en Google para ver cuánta corriente podía extraer de un termopar sin afectar materialmente la medición. No encontré la respuesta exacta aquí (y tampoco creía que un termopar fuera realmente una fuente de tensión ideal) así que hice una medición. La resistencia de este termopar es de ~4.5ohms (medido aplicando 100mA y midiendo el voltaje) y del gráfico podemos ver que efectivamente actúa como una fuente de voltaje con una resistencia en serie de ~4.5ohm. Probé con otros termopares que tenía y obtuve valores muy diferentes de corriente de cortocircuito (¡uno grande dio >20mA @150C!) pero todos seguían más o menos el modelo de resistencia de bucle.
Tengo que decir que me sorprendió la magnitud de la corriente producida. El que medí la salida 10uA por grado, lo que significa que podría tirar 1uA del dispositivo y todavía tienen 0,1 grados de precisión.

Answer 5

El cableado del termopar en un instrumento quiere conectarse a un circuito que se aproxima a un voltímetro ideal. Es decir, un circuito que no carga el termopar en absoluto. De hecho, un termopar en una situación estabilizada no tendrá ninguna corriente fluyendo en él. La tensión del termopar no se produce en la unión, sino en toda la longitud de los cables entre el extremo de la unión y el extremo de la unión fría en el instrumento. En otras palabras, los termopares miden un gradiente térmico a lo largo de los cables.

No veo ningún valor útil para considerar poner una "carga" a través de los cables del termopar en el instrumento. En lugar de ello, hay que pensar en el amplificador de instrumentación de alta impedancia que se puede obtener para controlar la tensión diferencial entre los dos cables.