¿Cuándo debe aplicarse la compensación de la unión fría en las aplicaciones de termopares?

Question

En concreto, cuando se utilizan termopares de tipo K, ¿qué tipo de expectativas de precisión exigen una compensación de la unión fría en lugar de una simple calibración?

Está claro que no hay nada mejor que la experimentación directa en el circuito en cuestión, pero a falta de eso, ¿hay alguna regla general?

Estoy construyendo un circulador térmico de inmersión, quiero mantener la temperatura del líquido con una precisión de 1°C, por lo que las lecturas del termopar tendrán que ser al menos así de precisas.

Answer 1

Un Fluke 2635A El cubo de datos afirma una precisión de 0,1°C con termopares de tipo K.

Un Agilent 34901A La tarjeta de adquisición de datos (utilizada en el ordenador central 34907A) también declara 0,1°C con el tipo-K.

Ambas tecnologías utilizan la compensación de la unión fría para lograr esta precisión. (Fluke tiene su sensor en el instrumento; Agilent pone la compensación en la tarjeta).

Mi experiencia con estos registradores de datos es que normalmente sólo hay una variación de 0,1 o 0,2°C de termopar a termopar si todos tienen aproximadamente la misma longitud y están soldados de la misma manera. (Estoy acostumbrado a conectar entre 20 y 60 TC a una unidad bajo prueba para la caracterización térmica).

Supongo que la necesidad de compensación dependerá de lo bien que se controle la temperatura ambiente en las terminaciones de los termopares. Si puede variar en 10-20°C, probablemente necesites implementar la compensación.

Answer 2

La compensación térmica es necesaria cuando se desea medir la temperatura absoluta.

Cuando se lee una tensión producida por un termopar, es proporcional a la diferencia de temperatura entre el entorno donde se encuentra la unión y la temperatura ambiente. Si desea conocer la temperatura exacta del entorno que está midiendo, debe añadir la temperatura ambiente a las lecturas de temperatura del termopar.

Esto puede hacerse de varias formas: analógica o digital. Existen chips analógicos de compensación de unión fría como LT1025 que producen una tensión igual a la que produciría el termopar si su otro extremo estuviera en agua helada a 0C y la unión a temperatura ambiente. Luego se conecta el termopar en serie con la salida de este chip y se amplifica su salida.

Si utiliza un microcontrolador, puede obtener la temperatura ambiente de un sensor digital o analógico directamente en el microcontrolador y añadirla a las lecturas del termopar en el software. De este modo, puede utilizar un amplificador óptico con baja corriente de polarización y baja tensión de offset para amplificar la salida del termopar.

Hay chips especiales de Linear Technology y Analog Devices para termopares de tipo K, que amplifican la tensión del termopar a un nivel utilizable Y proporcionan compensación de unión fría fuera de la caja:

AD8494

AD595

Ambos ofrecen muestras gratuitas.

Answer 3

... ¿qué tipo de expectativas de precisión exigen una compensación de la unión fría en lugar de una simple calibración?

Un termopar ideal proporciona \$\mathrm{V_{out} = k \cdot (T_{hot}-T_{cold})}\$ .

El resultado final no puede ser más preciso que la precisión con la que se mide o infiere la temperatura de la unión fría, y en la práctica será algo peor y, por supuesto, puede ser mucho peor.

Por lo tanto, TODAS las mediciones de temperatura de termopares requieren una "compensación" de la unión fría.
"Compensación" es en realidad la abreviatura de "determinación de la temperatura de la unión fría con un nivel de precisión adecuado para la aplicación". Compensación podría consiste en decir "esto se utilizará en una oficina con aire acondicionado cuya temperatura está regulada a 20 grados C, por lo que esa será la temperatura de unión fría".

Answer 4

Tienes una unión fría, lo quieras o no. Estará a una temperatura determinada cuando realice la calibración, y estará a una temperatura determinada (probablemente diferente) cuando realice la medición.

La tensión que mida será proporcional a la diferencia de temperatura entre la unión fría y el termopar. Si no compensa la temperatura de la unión fría, la incertidumbre (=error) en la temperatura calculada será tan grande como la incertidumbre en la temperatura de la unión fría (diferencia entre la situación de medición y la situación de calibración). Si esa cantidad es (muy) inferior a la precisión deseada, puede prescindir de la compensación. Este suele ser el caso si

• se miden temperaturas relativamente altas
• con una precisión relativamente baja
• la temperatura de la unión fría es relativamente constante.

Creo que tu aplicación no entra en esta categoría: quieres una precisión de 1C. Lo mejor que puedes esperar para la estabilidad de temperatura de la unión fría es la "temperatura ambiente", que variará (mucho) más de 1C.