Corriente del termopar (T/C)

¡Tenga cuidado aquí, podría ser víctima de una ilusión clásica de ingeniería eléctrica! Los termopares no "producen" ni "generan" un voltaje, como lo sugerirán constantemente muchos libros, tutoriales en línea, artículos de revistas y expertos en EE bien intencionados.

El voltaje dependiente de la temperatura que mide como la "salida" del termopar es en realidad la diferencia de voltajes producidos por los dos cables individuales que forman el termopar. Cada cable produce un voltaje (diferencia de potencial) de uno de sus extremos al otro, que depende de la temperatura. Este voltaje se denomina "voltaje de Seebeck". ¡No necesitas dos cables para producirlo solo uno!

El voltaje de Seebeck es muy difícil de medir porque debe conectar el dispositivo de medición de voltaje entre los dos extremos del cable que produce/exhibe el voltaje dependiente de la temperatura. Hay dos problemas: A) el dispositivo de medición cambia la temperatura del extremo del cable al que está conectado, y B) los cables del dispositivo de medición también están sujetos a los efectos del voltaje de Seebeck. (Sí, los cables de cobre producen un voltaje Seebeck, si los extremos del cable de cobre se mantienen a diferentes temperaturas. Lo cual es inevitable porque el mecanismo o circuito del medidor generalmente está a una temperatura diferente que los extremos de los cables de la sonda). la medición se puede realizar con un DVM ordinario, pero la configuración es muy crítica y no obtendrá una lectura real del voltaje Seebeck del cable objetivo.

Volviendo al termopar: en la antigüedad (1800), los primeros genios de EE descubrieron una manera de extraer el voltaje de Seebeck del cable para que pudiera medirse con los primeros medidores electromecánicos (como un galvanómetro). Hicieron esto utilizando dos cables compuestos de dos metales diferentes, con dos coeficientes de Seebeck diferentes (esencialmente voltios/grado F) y, por lo tanto, produciendo dos voltajes de Seebeck diferentes. Es la diferencia entre los coeficientes de Seebeck de los dos cables del termopar lo que "produce" el "voltaje de salida" que cree que está midiendo del termopar.

La unión del termopar NO produce el voltaje. No es una "pequeña batería", ni es una "reacción química" causada por la unión de dos metales diferentes, ni es un efecto similar al de un semiconductor como el que se encuentra en los diodos y transistores. Todas estas analogías comunes han causado que generaciones de EE se confundan en cuanto al principio operativo real de los termopares.

Además, hay varios otros efectos termoeléctricos que ocurren simultáneamente en el mecanismo del termopar que enturbian la visibilidad del efecto Seebeck. Estos son el efecto Thompson, el efecto Peltier y el calentamiento Joule. Es un milagro que los Antiguos fueran capaces de resolver todo esto con sus primitivos instrumentos de medición, pero lo hicieron incluso si les llevó varias décadas hacerlo.

Consígase un buen libro sobre termopares y estúdielo detenidamente para conocer la verdadera historia de los termopares.

Normalmente (en la época actual) los termopares utilizados con fines de medición se utilizan como fuente de tensión y se miden mediante un circuito de medición de alta impedancia. La salida de voltaje con respecto a la diferencia de temperatura siempre es no lineal (y depende de la temperatura de la unión fría), algunos termopares en algunos rangos de temperatura más que en otros. Debido a la alta impedancia, el voltaje no depende mucho de la resistencia del termopar o del cable de extensión (o de cualquier conector).

Si carga mucho el termopar o lo corta, por supuesto obtendrá una corriente, y es posible una corriente relativamente alta ya que la impedancia de la fuente del termopar es bastante baja. Esto se usa en algunas válvulas de seguridad de gas donde se usa una termopila (termopares conectados en serie) para energizar directamente una válvula de gas, manteniéndola abierta mientras haya una llama presente. Muy simple con poco que salir mal. Si ha usado un aparato de gas en el que mantiene la válvula abierta durante algún tiempo hasta que la llama permanece encendida, probablemente eso sea lo que está pasando. La corriente de cortocircuito dependerá de la resistencia de los cables del termopar, por lo que los cables pesados ​​producirán más corriente de cortocircuito, sin embargo, obviamente causarán más flujo de calor entre las regiones a dos temperaturas diferentes, por lo que la termodinámica asoma la cabeza. Creo que ahi'

Quizás hace 50 años o más, era común tener un movimiento de medidor de bobina móvil conectado directamente a un termopar, quizás con un resorte bimetálico para proporcionar una compensación de unión fría para rangos de temperatura más bajos y, además, quizás alguna compensación por el coeficiente de temperatura del devanado de cobre. resistencia. Eso incluso podría usarse como un controlador de temperatura al detectar la posición de la aguja usando un amplificador de tubo de vacío (típicamente un oscilador y una captación de capacitancia sin contacto) que activa un relé mecánico. Dichos medidores fueron calibrados de fábrica para una resistencia específica de termopar, como 10$\Omega$, que vendría impreso en la báscula, y tendrías que pedir un termopar hecho con esa resistencia. La resistencia de los hilos varía con la longitud de los hilos (normalmente fija, obviamente) pero también con la temperatura de los hilos a lo largo de su longitud, por lo que introduce inexactitud.

En un termopar, la corriente se crea debido al movimiento térmico de los electrones libres. La cantidad de electrones libres/volumen para cada material que crea el termopar también es muy importante. Tome las uniones del termopar (cambio de material) y use el modelo Drude para cada unión y lo comprenderá.