Termopare

Wikipedia, Entziklopedia askea
Jump to navigation Jump to search

Termoparea tenperatura desberdineko juntadura elektrikoak eratzen dituzten bi eroale elektrikoz osatutako gailu elektrikoa da. Termopare batek tenperaturaren arabera tentsioa sortzen du, efektu termoelektrikoaren ondorioz, eta tentsio hori tenperatura neurtzeko erabili daiteke. Termopareak oso erabiliak dira tenperatura sentsore bezala.

Termopare komertzialak merkeak dira[1], aldakorrak, konektore estandarrez osatuta daude eta tenperatura ugari neur ditzakete. Tenperatura neurtzeko beste metodoekin alderatura, termopareak ez dituzte behar kanpoko kitzikapen bat, autoelikatzen dira. Termoparearen desabantaila nagusia zehaztasuna da, sistemetako akatsak gradu (ºC) bat baino gutxiagoko errorea lortzea zaila izaten da[2].

Termopareak zientzian eta industrian oso erabiliak dira. Aplikazioen artean, labeen tenperaturaren neurketa, gas turbinen ihesak, diesel motorrak eta bestelako prozesu industrialetan. Termopareak etxeetan, bulegoetan eta negozioetan sarritan erabiliak dira, termostatoetan tenperatura sentsore gisa, eta baita ere, etxe-tresna elektrikoen segurtasunerako gasen sentsoreetan.

Operazio hastapena[aldatu | aldatu iturburu kodea]

1821. urtean, Thomas Johann Seebeck, fisikari alemaniarra, ohartu zen metal desberdinak amaieratik lotzen direnean eta koiunturan tenperatura diferentzia dagoenean, eremu magnetikoa behatzen dela. Hasiera batean, Seebeck-ek adierazi zuen termo-magnetismoaren ondorioa zela. Izan ere, beranduago determinatu zen eremu magnetikoa korronte termo-elektrikoaren ondorioa dela.

K-motako termoparea neurketa konfigurazio estandarrean. Neurtutako voltaia erabili daiteke Tsense tenperatura neurtzeko, baldin eta Tref tenperatura ezaguna bada.

Nolanahi ere, bi alanbre mota ezberdinen arteko gurutzaketan eratzen den voltaia da benetan interesgarria dena, hau erabili daitekeelako tenperatura oso altuak zein baxuak neurtzeko. Voltaiaren magnitudea erabiltzen diren alanbreen araberakoa da. Normalean, voltaia microvolt mailan egoten da eta neurketa baliagarri bat lortzeko kontu handiz lan egin behar da. Nahiz eta korronte-fluxua oso txikia izan, karga sor daiteke termopare juntura bakar baten bidez. Bestalde, karga ere sor daiteke hainbat termopare erabiliz, termopila batean bezala.

Irudian termoparearen erabilerarako konfigurazio estandarra erakusten da. Laburbilduz, ezagutu nahi den tenperatura (Tsense) determinatzen da hiru sarbide erabiliz: termoparearen funtzio karakteristikoa E(T), neurtutako voltaia (V), eta junturaren erreferentziazko tenperatura, Tref. Modu horretan, hurrengo ekuazioa lortzen da: E(Tsense) = V + E(Tref).

Printzipio fisikoa: Seebeck efektua[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Seebeck efektua indar elektroeragileari egiten dio erreferentzia material eroale batean tenperatura gradiente bat dagoenean. Zirkuitu-irekiko baldintzetan, zeinetan barne korronte-fluxua ez dagoen, voltai gradientea (▽V) zuzenki proportzionala da tenperatura gradientearekiko (▽T):

▽V = -S(T)▽(T), zeinetan, S(T) tenperaturaren menpekoa den Seeback koefizientea den.

Formula garatuz, hurrengo ekuazioa lortzen da: V = , zeinetan S+ eta S- eroaleen Seebeck koefizienteak diren, voltimetroaren terminal positibo eta negatiboei lotuta daudenak, hurrenez hurren (irudian chromel eta alumel).

Funtzio karakteristikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Ez da beharrezkoa integral bat egitea tenperatura neurketa bakoitzean. Aldiz, termoparearen jokaera funtzio karakteristiko baten bidez adierazten da, E(T):

V = E(Tsense) – E(Tref).

Izan ere, Seebeck koefizienteak erabiliz, funtzio karakteristikoa horrela definitzen da:

E(T)=  + konst. Integral konstantea ez da adierazgarria, eta normalean, E(0ºC) = 0 moduan adierazten da.

Erreferentzia juntura batentzako betebeharrak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Tsense neurtzeko, ez da nahikoa soilik neurketarekin. Erreferentzia junturetako tenperatura dagoeneko ezaguna izan behar da. Hori determinatzeko bi estrategia daude:

  • “Izotz bainu” metodoa: Erreferentzia juntura blokea ur-izotz bainu batean murgiltzen da presio atmosferikopean. Fase-trantsizioaren urtze-puntuaren tenperatura zehatza termostato natural bat moduan jokatzen du, 0ºC-tan finkatuz.
  • Erreferentzia juntura sentsorea: Erreferentzia juntura blokeak tenperatura alda dezake, eta tenperatura sentsore bat erabiliz neurtzen da.

Bi kasuetan, V eta E(Tref) kalkulatzen da, eta ondoren, E(T) funtzioa bilatzen da, balio bateragarri bat emanez. Bateratzen den balioa Tsense izango da.

Eragin praktikoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Teorikoki, termopareak neurketa aparatu oso sinpleak izan beharko litzatezke, mota bakoitza kurba zehatz baten bidez karakterizatua, beste edozein xehetasunekiko independientea izanik. Izan ere, errealitatean, termopareak zenbait arazo erakusten dituzte, hala nola, aleazio manufaktura ziurgabetasunak, zahartze efektuak, eta zirkuituaren diseinuan akatsak/gaizki-ulertuak egotea.

Zirkuituaren eraketa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termoparearen eraketan egiten den akats orokor bat erreferentzia juntura sentsorearekin erlazionatuta dago. Tref–ren estimazioan errore bat egiten bada, errore hori igaroko da tenperaturaren neurketara ere.

Junturak modu fidagarri batean egin behar dira, horregatik, zenbait hurbilketa daude hau burutzeko. Tenperatura baxuetan, junturak soldatu daitezke, izan ere, zaila izan daiteke urgarri aproposa aurkitzea, soldaduraren urtze-puntu baxua dela eta. Hortaz, erreferentzia eta hedapen junturak orokorrean torloju bat erabiliz egiten dira. Torloju hau erabiltzen da kablea metal pieza batekin harrapatzeko.

Tenperatura altuetan, berriz, puntu bidezko soldadura erabiltzen da[3]. Termoparei buruzko mito ezagun bat junturak hirugarren metal bat erabili gabe egin behar direla da, eremu elektromagnetiko gehigarria saihesteko. Hau beste gaizki-ulertu arrunt batetik etor daiteke, zeinetan voltaia junturan eratzen dela uste den[4]. Egiatan, printzipioz, junturak barne tenperatura uniformea izan behar dute, hori dela eta, ez da voltairik eratzen junturan. Voltaia gradiente termalean eratzen da, alanbrearekin batera.

Termopare batek seinale txikiak sortzen ditu, normalean mikrovolt magnitudean. Seinalearen neurketa zehatzak egiteko voltai sarrera desbiderapen baxua duen anplifikatzaile bat behar da. Kontuz ibili behar da ere, eremu elektromagnetiko termalaren auto-beroketa saihesteko voltimetroaren barnean.

Termoparearen alanbreak erresistentzia altua badu (junturen kontaktu kaskarra dela eta edo oso alanbre meheak erabili direlako erantzun termal azkar batentzako), neurketa aparatuak inpendantzia-sarrera altua izan beharko du, neurtutako voltaian desbiderapenak saihesteko.

Gradu metalurgikoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopare baten alanbre mota normalean deskribatzen da haren konposizio kimikoaren arabera. Izan ere, helburu nagusia kurba estandarizatu bat jarraitzen duten alanbre parea produzitzea da.

Ezpurutasunak metal sail bakoitzean eragina dute modu desberdinean, Seebeck koefiziente aldakorrak eratuz. Jokaera estandarra jarraitzeko, termopare alanbre ekoizleek ezpurutasun gehigarriak nahastuko dituzte nahita aleazioa “dopatzeko”; modu horretan, jatorrizko materialetan kontrolatu gabeko aldaketak konpentsatzeko[3]. Ondorioz, alanbreen gradu estandar eta espezializatuak daude, termoparearen jokaeran nahi den zehaztasun-mailaren arabera. Zehaztasun-graduak, orokorrean, soilik parekatutako alanbreetan eskuragarri egongo dira, zeintzuetan alanbre bat modifikatzen den beste alanbrearen hutsuneak orekatzeko.

Termopare alanbre baten kasu ezagun bat, “gradu-luzapen” moduan ezagutzen dena, diseinatuta dago zirkuitu termoelektrikoa distantzia luzean zehar garraiatzeko. Luzapen-alanbreek adierazitako kurba jarraitzen dute, baina zenbait arrazoi dela eta ez daude diseinatuta muturreko ingurunetan erabiltzeko[3].

Termopareen zahartzea[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopareak, normalean, tenperatura altuetan eta labe atmosfera erreaktiboetan erabiltzen dira. Kasu honetan, bizitza praktikoa termoparearen zahartzeak mugatzen du. Tenperatura oso altuak neurtzeko erabiltzen den termopare baten alanbreen koefiziente termoelektrikoek denborarekin alda dezakete, eta ondorioz, voltaiaren neurria jaisten da. Junturen tenperatura diferentzia eta voltaiaren neurriaren arteko erlazio sinplea soilik da zuzena alanbrea homogeneoa baldin bada (konposizio uniformea). Termopareak prozesuan zehar zahartzen direnez, haien eroaleek homogeneitatea gal dezakete aldaketa kimikoak zein metalurgikoak direla eta. Aldaketa hauek ematen dira denbora luzean zehar tenperatura altuak jasan behar dituztelako. Termoparearen zirkuituaren adin sekzioa tenperatura gradiente bat jasaten badu, neurtutako voltaia desberdina izango da; hau da, errorea izango da.

Zahartuta dauden termopareak soilik aldatzen dira hein batean; adibidez, labe kanpoko parteetan kaltetu gabe badaude. Arrazoi honengatik, zahartuta dauden termopareak ezin dira atera haien instalazio lokalizaziotik eta ezin dira birkalibratu. Honek ere azaltzen du zergatik batzuetan erroreak dauden zaharkitutako termopare bat labetik partzialki ateratzen denean. Izan ere, zaharkitutako termopare bat labean sakonago sartzen denean, zenbait kasutan irakurketa zehatzagoa eman dezake, tenperatura gradientea soilik alde hotzenean ematen bada[5].

Motak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Zenbait aleazioren konbinazioak ezagunak  bihurtu dira industria estandar gisa. Konbinazioaren hautaketarako hainbat ezaugarri kontuan hartzen dira; adibidez, kostua, erabilgarritasuna, egokitasuna, urtze puntua, propietate kimikoak, egonkortasuna eta sentikortasuna. Normalean, tenperatura tartearen eta beharrezkoa den sentikortasunaren arabera hautatzen dira. Sentikortasun baxua duten termopareak (B, R eta S motak) bereizmen baxuagoa dute. Kontuan hartzen diren beste ezaugarriak  geldotasun kimikoa eta izaera magnetikoa dira. Termopare estandar motak behean zerrendaturik agertzen dira elektrodo positiboarekin (Tsense > Tref) lehendabizi eta ondoren negatiboa.

Ni-aleazio termopare motak tenperatura eta E(T)-ren arabera.

Ni-aleazio termopareak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

*chromel: %90 Ni eta %10 Cr duen aleazioa

*Constantan: %55 Cu eta %45 Ni duen aleazioa)

* Alumel: %95 Ni, %2 Al, %2 Mn eta %1 Si duen aleazioa)

E mota[aldatu | aldatu iturburu kodea]

E motak (*chromel-constantan) sentikortasun (68 μV/ºC) altua dauka zeinak erabilpen kriogenikoetan egokia den. Bestetik, ez da magnetikoa. Tarte zabala -50ºC-tik +740ºC-ra doa eta tarte estua -110ºC-tik +140ºC-ra.

J mota (burdina-constantan)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Honen erabilera tartea -270/+1200ºC-koa da eta 50 μV/ºC-ko sentikortasuna dauka[1]. Burdinaren Curie puntuak (770ºC)[6] ezaugarrietan aldaketa txikia eragiten du, zeinak goi-tenperatura muga zehazten duen. Bere ezaugarriak direla eta atmosfera geldoetan, erreduzitzaileetan edo hutsean erabiltzea komeni da, horrez gain, honen erabilera jarraitua 800ºC-tan ez ditu arazoak ekartzen, baina burdina oso erraz oxidatzen da 550ºC-tik gora eta 0ºC-tik behera neurriak hartu behar dira ur-lurrunaren kondentsazioagatik burdinaren gainean.

K mota (Chromel-*alumel)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Erabilera-orokorra duen termopare arruntena da, zeinak 41 μV/ºC-ko[7] sentikortasuna duen. Merkea da eta zunda asko erabilgarriak dira -200/1350ºC tartean. Mota hau osatzen duen metal nagusia (nikela) magnetikoa da. Material magnetikoekin eginda dauden termopareen ezaugarri bat materiala bere Curie tenperaturara iristen denean sentikortasunean desbideratzea jasaten duela da eta K termopareen kasuan hori 185ºC-tan gertatzen da.

Erresistentzia ona dauka atmosfera oxidatzaileen aurrean. Hala ere, atmosfera erreduzitzailea (hidrogenoa oxigeno kantitate txikiarekin) alanbrearekin kontaktuan jartzen bada, aleazioan dagoen kromoa oxidatuko litzateke. Honek sentikortasuna murrizten du eta termopareak irakurketa baxuak izango ditu. Fenomeno hau usteltasun berdea (green rot) deitzen da, aleazioaren koloreagatik. Kromatuta dagoen alanbreak zilarrezko azal orbandua garatuko du eta magnetiko bilakatuko da. Hau gertatu den konprobatzeko bi alanbreak magnetikoak diren behatu behar da (normalean, “Chromel-a” ez da magnetikoa).

Usteltasun berdearen jatorri ohikoena atmosferan dagoen hidrogenoa da. Tenperatura altuetan solido metalikoen barnean hedatu daiteke, nahiz eta termoparea magnesio oxidozko estalki batekin isolatu.[8]

M mota (%82 Ni/ %18 Mo-%99,2 Ni/%0,8 Co)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Hutseko labeetan erabiltzen da. Goi-tenperatura 1400ºC-tara mugatzen da. Beste motak baino gutxiago erabiltzen da.

N mota (nikrosil [Ni-Cr-Si]/ nisil [Ni-Si][aldatu | aldatu iturburu kodea]

Tenperatura altuko (-270ºC-tik 1300ºC-ra) neurketarako egokia da bere egonkortasuna eta oxidazioarekiko erresistentziagatik. Sentikortasuna 39 μV/ºC-koa da 900ºC-tan, pixka bat txikiagoa K motarekin konparatuz.[9]

T mota (Kobre-constantan)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

T motatako termopareak egokiak dira -200ºC-tik 350ºC-ra neurketak egiteko. Sarritan neurri diferentzial moduan erabiltzen da kobrezko alanbreak zundak ukitzen dituen bakarra baita. Termoparea osatzen duten bi eroaleak magnetikoak ez direnez, ez dago Curie punturik eta horren ondorioz, ez dira aldaketarik egongo ezaugarrietan. Hauen sentikortasuna  43 μV/ºC-koa da gutxi gorabehera. Kobreak termopareen eraikuntzarako erabiltzen diren aleazioak baino konduktibitate termiko altuagoa dauka eta horregatik beharrezkoa da ainguraketa termikoko T termopareekin arreta handia izatea.

Platino/Rodio-aleazio termopareak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Pt/Rh-aleazio termopare motak tenperatura eta E(T)-ren arabera.

B, R eta S motako termopareak platinozko edo platino/rodio aleazioak erabiltzen dituzte eroale bakoitzarentzat. Hauek termopare egonkorrenak dira, baina beste mota batzuk baino sentikortasun baxuagoa dute (gutxi gorabehera 10 µV/°C-koa). Normalean, tenperatura altuko neurketak egin behar direnean baino ez dira erabiltzen beraien kostu altua eta sentikortasun baxuagatik.

B mota (%70 Pt/%30 Rh, %94 Pt/%6 Rh pisutan)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopare hauek 1800ºC-raino erabiltzeko egokiak dira. B motakoak sentikortasun bera dute 0ºC-tan eta 42ºC-tan, haien erabilera mugatuz 50ºC-tik behera.[10]

R mota (%87 Pt/%13 Rh-Pt, pisutan)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

R motako termopareak 0ºC-tik 1600ºC-ra erabiltzen dira.

S mota (%90 Pt/%10 Rh-Pt, pisutan)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

1600ºC-raino erabiltzen dira. 1990-eko Nazioarteko Tenperatura Eskala (ITS-90)  baino lehen, zehaztasuneko S motako termopareak 630ºC-tik 1064ºC-raino neurtzen zuten termometro gisa erabiltzen ziren, antimonio, zilarra eta urrearen hozte puntuen arteko interpolazio batean oinarrituz.[11]

Tungsteno/Renio-aleazio termopareak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopare mota hauek tenperatura nahiko altuak neurtzeko egokiak dira. Normalean, hidrogeno eta atmosfera inerteetan edota hutseko labeetan erabiltzen dira.  Ez dira tenperatura altuko ingurune oxidatzaileetan erabiltzen harikortasuna galtzen baitu hauskorrago bilakatuz.[12]

C mota (%95 W/%5 Re; %74 W/%26 Re, pisutan)[12][aldatu | aldatu iturburu kodea]

Mota honetako termopareak neurtuko duen tenperaturarik altuena 2329ºC-koa da.

D mota (%97 W/%3 Re; %75 W/%25 Re, pisutan)[12][aldatu | aldatu iturburu kodea]

G mota (W; %74 W/%26 Re, pisutan)[12][aldatu | aldatu iturburu kodea]

Bestelakoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kromel-Au/Fe-aleazio termopareak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopare hauetan alanbre negatiboa urrea da burdinaren frakzio txiki batekin (0,03-0,15% atomo). Ezpurutasunak dituen urrezko alanbreak termopareari tenperatura baxuetan sentikortasun altua ematen dion bitartean, kromelezko alanbreak inguruko tenperaturatik gertu sentikortasuna konstante mantentzen du. Kriogenia aplikazioetarako erabili daiteke. Bai sentikortasuna bai tenperatura tartea burdinaren kontzentrazioaren araberakoak dira. Normalean, sentikortasuna 15 µV/ºC-koa da tenperatura baxuetan eta erabili daitekeen tenperaturarik baxuena 1, 2 eta 4, 2 K-en artean doa.

P mota (metal nobleen aleazioa) (%55 Pd/%31 Pt/%14 Au; %65 Au/%35 Pd, pisutan)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopareak K mota imitatzen duen tentsio termoelektrikoa ematen du 500ºC-1400ºC-tan. Hala ere, metal nobleekin soilik eraikita daude eta horren ondorioz korrosioarekiko erresistentzia altuagoa erakusten dute. Konbinazio hau Platinel II izenarekin ere ezagutzen da.

Platino/molibdeno-aleazio termopareak (%95 Pt/%5 Mo; %99,9 Pt/%0,1 Mo, pisutan)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Batzuetan erreaktore nuklearretan erabiltzen dira, neutroien irradiazioengatik induzitutako transmutazio nuklearrean deriba baxua erakusten baitute platino/rodio aleazioekin konparatuz[13]

Iridio/rodio-aleazio termopareak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Iridio/rodio aleazioko bi alanbreak erabiltzea ahalbidetzen du termopareak atmosfera geldo batean 2000ºC-raino erabili ahal izatea.[13]

Metal noble puruen termopareak (Au-Pt; Pt-Pd)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Bi metal noble ezberdinez eginda dauden termopareak nahiz eta kalibraturik ez egon zehaztasun handia erakusten dute, baita maila baxuko deriba.

Erabiltzen diren bi konbinazioak urrea-platino eta platino-paladio dira. Hauen mugak erabiltzen diren metalen urtze puntu baxuak dira (1064ºC Au-rako eta 1555ºC Pd-rako). Termopare hauek S motatakoak baino zehatzagoak izan ohi dira eta hauen ekonomiagatik eta erraztasunagatik normalean termometro estandar gisa erabiltzen diren platino termometroen ordezkoak izan daitezke.

Eskuterudita termopareak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

*Eskuterudita: Kobalto artseniuroa da zeinak nikel eta burdina kantitate aldakorrak dituen kobaltoa ordezkatuz.

NASAk Multi-Misio Radioisotopo Generagailu Termoelektrikoa garatzen ari da, zeinetan termopareak eskuteruditaz eginda dauden eta orain erabiltzen diren teluriozko diseinuak baino tenperatura aldaketa baxuagoarekin dabiltzatenak. Honek suposatuko luke RTG-ak %25 energia gehiago sortuko lukeela misioaren hasieran eta gutxienez %50-a hamazazpi urte geroago. NASAk espero du diseinu hau hurrengo New Frontiers programaren misioan erabiltzea.[14]

HTIR-TC (High Temperature Irradiation Resistant: Tenperatura altuko irradazioari erresistentea)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

HTIR-TC-ak tenperatura altuko prozesuen neurketan aurrerapena eskaintzen dute. Honako ezaugarriak ditu: iraunkorra, fidagarria tenperatura altuetan (1700ºC-raino), irradiazioarekiko erresistentea, kostu ertaina, konfigurazio askotarako erabilgarria (aplikazio bakoitzarako moldagarria) eta erraz instala daiteke. Berez probatarako erreaktore nuklearretan erabiltzeko garatu da eta etorkizuneko erreaktoreen lanen segurtasuna hobe dezake.[15][16]

Mota Tenperatura tartea (°C) Tolerantzia mota (°C) Kode kolorea
Etengabekoak Epe laburrekoak Bat Bi IEC[17] BS ANSI
Baxua Altua Baxua Altua
K 0 +1100 −180 +1300 −40 – 375: ±1.5
375 – 1000: ±0.004×T
−40 – 333: ±2.5
333 – 1200: ±0.0075×T
IEC Type K Thermocouple.svg
BS Type K Thermocouple.svg
MC 96.1 K Thermocouple Grade Color Code.svg
J 0 +750 −180 +800 −40 – 375: ±1.5
375 – 750: ±0.004×T
−40 – 333: ±2.5
333 – 750: ±0.0075×T
IEC Type J Thermocouple.svg
BS Type J Thermocouple.svg
MC 96.1 J Thermocouple Grade Color Code.svg
N 0 +1100 −270 +1300 −40 – 375: ±1.5
375 – 1000: ±0.004×T
−40 – 333: ±2.5
333 – 1200: ±0.0075×T
IEC Type N Thermocouple.svg
BS Type N Thermocouple.svg
MC 96.1 N Thermocouple Grade Color Code.svg
R 0 +1600 −50 +1700 0 – 1100: ±1.0
1100 – 1600: ±0.003×(T − 767)
0 – 600: ±1.5
600 – 1600: ±0.0025×T
BS Type N Thermocouple.svg
BS Type R Thermocouple.svg
Not defined
S 0 +1600 −50 +1750 0 – 1100: ±1.0
1100 – 1600: ±0.003×(T − 767)
0 – 600: ±1.5
600 – 1600: ±0.0025×T
BS Type R Thermocouple.svg
Not defined
B +200 +1700 0 +1820 Not available 600 – 1700: ±0.0025×T No standard No standard Not defined
T −185 +300 −250 +400 −40 – 125: ±0.5
125 – 350: ±0.004×T
−40 – 133: ±1.0
133 – 350: ±0.0075×T
IEC Type T Thermocouple.svg
BS Type T Thermocouple.svg
MC 96.1 T Thermocouple Grade Color Code.svg
E 0 +800 −40 +900 −40 – 375: ±1.5
375 – 800: ±0.004×T
−40 – 333: ±2.5
333 – 900: ±0.0075×T
IEC Type E Thermocouple.svg
BS Type E Thermocouple.svg
MC 96.1 E Thermocouple Grade Color Code.svg
Kromel/AuFe −272 +300 N/A N/A Errepikakortasuna tentsioaren %0.2. Sentsore bakoitzak kalibrazio indibiduala behar du.

Termopareen isolamendua[aldatu | aldatu iturburu kodea]

K motako prezio baxuko ohiko termoparea (K motako konektore estandarrarekin). Alanbreak tenperatura altuak jasan.

Termoparea osatzen duten alanbreak bata bestetik isolatu behar dira atal guztietan, juntura dagoen atalean izan ezik. Juntura ez den edozein atalean alanbreen artean kontaktu elektrikoa badago edo alanbre bat beste objektu eroale batekin kontaktuan badago, voltaia aldatuko da eta irakurtzen den tenperatura okerra izango da.

Plastikoak isolatzaile egokiak dira tenperatura baxuko parteetarako, ostera, isolatzaile zeramikoak erabili daitezke 1000ºC-raino. Abrasioak eta erresistentzia kimikoak, besteak beste, materialen egokitasunean eragina dute.

Alanbrearen isolatzailea desintegratzen denean, nahi ez den kontaktu elektrikoa eman daiteke alanbreen artean juntura ez den puntu batean. Hondatutako termoparea termostato baten itxitako bira-kontrolean erabiltzen bada (edo beste edozein tenperatura-kontrolean), gehiegizko beroketa eman daiteke, kalte larria sortaraziz. Hori gertatzen bada, irakurritako tenperatura benetan dena baino baxuagoa izango da.

Alanbrearen isolamendua txarto eginda badago, desgasifikazioa eman daiteke, prozesuaren kutsadura sor dezakeena. Tenperatura oso altuetan edo kutsadurarekiko-sentikorrak diren aplikazioetan erabiltzen diren termoparearen parteetan, isolatzaile apropos bakarrak hutsa edo gas inerteak izango dira; termoparearen alanbreen zurruntasun mekanikoak alanbreak bananduta mantentzen dituelarik.

Isolatzaile mota Tenperatura jarrai maximoa Irakurketa bakar maximoa Abrasioarekiko erresistentzia Hezetasunarekiko erresistentzia Erresistentzia kimikoa
Mika–beira zinta 649 °C/1200 °F 705 °C/1300 °F Ona Ertaina Ona
TFE zinta, TFE–beira zinta 649 °C/1200 °F 705 °C/1300 °F Ona Ertaina Ona
Beirazko-silika adaxka 871 °C/1600 °F 1093 °C/2000 °F Ertaina Txarra Txarra
Beira bikoitzeko adaxka 482 °C/900 °F 538 °C/1000 °F Ona Ona Ona
Esmalteztatutako-beira adaxka 482 °C /900 °F 538 °C/1000 °F Ertaina Ona Ona
Beira bikoitzeko bilketa 482 °C/900 °F 427 °C/800 °F Ertaina Ona Ona
Inpregnatu gabeko beira adaxka 482 °C/900 °F 427 °C/800 °F Txarra Txarra Ertaina
Moztutako TFE zinta, TFE-beira adaxka 482 °C/900 °F 538 °C/1000 °F Ona Oso ona Oso ona
Kotoi bikoitzeko adaxka 88 °C/190 °F 120 °C/248 °F Ona Ona Txarra
"S" beira lotura 704 °C/1300 °F 871 °C/1600 °F Ertaina Ertaina Ona
Nextel zuntz zeramikoa 1204 °C/2200 °F 1427 °C/2600 °F Ertaina Ertaina Ertaina
Polyvinyl/nylon 105 °C/221 °F 120 °C/248 °F Oso ona Oso ona Ona
Polyvinyl 105 °C/221 °F 105 °C/221 °F Ona Oso ona Ona
Nylon 150 °C/302 °F 130 °C/266 °F Oso ona Ona Ona
PVC 105 °C/221 °F 105 °C/221 °F Ona Oso ona Ona
FEP 204 °C/400 °F 260 °C/500 °F Oso ona Oso ona Oso ona t
Bildutako eta burdinurtu TFE 260 °C/500 °F 316 °C/600 °F Ona Oso ona Oso ona
Kapton 316 °C/600 °F 427 °C/800 °F Oso ona Oso ona Oso ona
Tefzel 150 °C/302 °F 200 °C/392 °F Oso ona Oso ona Oso ona
PFA 260 °C/500 °F 290 °C/550 °F Oso ona Oso ona Oso ona
T300* 300 °C Ona Oso ona Oso ona

*Nota: T300 tenperatura altuko material berria da, duela gutxi UL-ek onartu duena 300ºC-tan lan egiteko.

Isolatzaileen tenperatura sailkapenak alda dezakete, termopare osoaren kableen egituraren arabera.

Erabilpenak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopareak oso egokiak dira tenperatura tarte desberdinak neurtzeko, -270ºC-tik 3000ºC-raino (denbora labur batean, atmosfera geldoan)[18]. Aplikazioen artean, labeen tenperaturaren neurketa, gas turbinen ihesak, diesel motorrak, bestelako prozesu industrialetan eta lainoetarako makinak. Ez dira oso erabilgarriak neurtu beharreko tenperatura tarteak txikiak direnean, 0-100ºC eta 0.1ºC-ko zehaztasunarekin. Hauetarako, termistoreak, siliziozko tenperatura sentsoreak eta erresistentziazko termometroak egokiagoak dira.

Altzairu industrian[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopare bat (eskuinarago dagoen hodia) ur berogailua baten erregailuaren barruan.

B, S, R eta K motatako termopareak altzairua eta burdin industrietan asko erabiltzen dira tenperatura eta prozesu osoaren kimika kontrolatzeko altzairuaren ekoizpenenean. Murgilgarri eta erabiltzeko eta botatzeko termopareak, normalean S motatakoak dira arku elektrikoko labeen prozesuan, altzairuaren tenperatura zehaztasunez neurtzeko kolpekatu aurretik. Altzairuaren hozte kurbaren lagin txiki bat, analizatu eta erabili daiteke karbonoaren edukia determinatzeko urtutako altzairutik.

Etxetresna elektrikoaren segurtasuna gasarekiko (Gas appliance safety)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termoparearen konexio gas aparatuetan. Ezkerrealdean dagoen azken bola (kontaktua) isolatuta dago arandela isolatzaile baten bitartez. Termoparearen marrak kobrezko alanbreaz, isolatzailez eta kanpoko geruza metalikoz (normalean kobrea) osatuta dago[19].

Gasarekin hornitutako berogailu aparatuak, hala nola, labeak eta ur berogailuak, gar argi bat erabiltzen dute sugarra pizteko. Gar argiko sugarra itzaltzen bada, erre gabeko gasa askatu daiteke, eta horrek, lehergarria eta osasunerako arriskutsua izan daiteke. Hau ekiditzeko, etxetresna elektriko asko termopareak erabiltzen dituzte beraien zirkuituetan, akats horiek detektatzeko eta gar argia pizteko. Termoparearen punta gar argian kokatzen da, era horretan, tentsio bat  sortzen du gar argiaren balbula hornitzeko. Gar argia piztuta dagoen bitartean, termoparearen punta bero egongo da eta gasen balbula irekita egongo da. Gar argia itzaltzen bada, termoparea hozten da, voltaia gutxiago sortuz, ondorioz balbula ixten da.

Zunda sugarraren gainetik erraz koka daitekeenean, sarritan sentsore zuzentzaile bat erabili daiteke. Zeramika partzialez eginda daude, gar barra bezala edo gar elektrodo detektagailu bezala ezagutzen dira.

Erradiazio termopilen sentsoreak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopilak erradiazio erasotzailearen intentsitatea neurtzeko erabiltzen dira, batez ere argi ikuskorra edo infragorria, loturak berotzen dituen bitartean, lotura hotzak bero-disipadorean aurkitzen dira. Komertzialki dauden termopilen sentsore batzuekin µW/cm2-ko intentsitate erradiaktiboak neurtzea posible da. Adibidez, laserren potentzia neurtzeko horrelako sentsoreetan oinarritzen dira. Hauek laser termopilen sentsore gisa ezagutzen dira.

Termopilen sentsore baten funtzionamendu printzipioa bolometroarekin bereizgarria da, azken honek erresistentzia aldaketan oinarritzen delarik.

Produkzioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopareak normalean gailu elektrikoen eta mekanikoen prototipoak probatzeko erabili daiteke. Adibidez, termopareak erabiliz gailu batean, beroaren funtzionamendua monitorizatu daiteke, ikusteko tenperatura igoera ez duela gainditzen diseinatutako mugetatik.

Energia ekoizpena[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termopare batek korrontea sor dezake zenbait prozesu zuzenean bultzatzeko, zirkuitu eta energia iturri gehiagorik behar gabe. Adibidez, termoparean lortutako potentzia balbula bat aktibatu daiteke tenperatura diferentzia bat sortzen denean. Termopare batetik lortutako energia elektrikoa beroan bihurtzen da alde beroa hornitzeko potentzial elektrikoa mantentzeko. Beharrezkoa da beroaren transferentzia jarraitua izatea; izan ere, termoparetik jarraitzen den korrontea alde beroa eta alde hotza hozteko joera du (Peltier efektua).

Termopareak seriean konektatu daitezke termopila bat osatzeko, eta, bertan, bero loturak, tenperatura altuetan babesgabe daude, eta lotura-hotzak tenperatura hotzagoetan. Irteera, voltaien batuketa da banakako loturen zehar, voltaia eta potentzia handiagoa emanez. Sorgailu termoelektriko erradioisotopiko batean, elementu transuranikoen desintegrazio erradiaktiboa bero iturri bezala erabili dira espazio-ontziak elikatzeko eguzkitik oso urrun zegoen zereginetan eguzki energia erabiltzeko.

Kerosenozko lanparaz berotutako termopilak bateria gabe zegoen irrati-hargailua funtzionaraztea lortu zen toki isolatuetan[20]. Linterna komertzialak daude kandela baten beroa erabiltzen dituztenak argia emititzen diren diodoak funtzionarazteko eta haizagailu termoelektrikoak erabiliz airearen zirkulazioa eta beroaren banaketa egurrezko-estufetan hobea da.

Prozesu lantegiak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Produkzio kimikoa eta petrolio-findegiak normalean ordenagailuak erabiliko dituzte erregistratzeko eta prozesu batekin lotutako tenperatura ugarien mugak probatzeko, normalean ehunka dira. Kasu hauetarako, termoparezko kable batzuk eraman zen erreferentziazko blokera (kobrezko bloke handia) bigarren termoparea zituen zirkuitu bakoitzera. Blokearen tenperatura termistor batekin neurtu egiten da. Horretarako, kalkulu sinpleak erabiltzen dira neurtutako kokapen bakoitzaren tenperatura determinatzeko.

Termoparea hutsezko zabalera gisa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Termoparea hutsa neurtzeko ere erabili daiteke 0,001-1 torr-eko presio absolutuan. Presio tarte horretan, gasaren batez besteko bide librea hutsezko ganberaren dimentsioekin konparagarria da, eta emariaren erregimena ez da ez likatsua ezta molekular hutsa[21]. Konfigurazio honetan, termoparea kable zentral batera lotuta dago, hau normalean 5 mA inguruko korronte konstante baten bidez elikatzen da, eta beroa gasaren eroankortasun termikoarekin erlazionatutako abiadurarekin kentzen da.

Termoparearen loturan detektatutako tenperatura jariatzen den gasaren konduktibitate termikoaren menpe dago, eta honek gasaren presioaren menpe dago. Termoparean neurtutako potentzial diferentzia presio karratuarekiko proportzionala da hutsa tarte baxu eta ertainekoa denean. Presio altuetan (fluxu likatsua) eta baxuetan (fluxu molekularra), presioa independentea da airearen konduktibitate termikoa edo beste edozein gasetatik.

Termoparea Voege 1906-an lehen aldiz erabili zuen huts-neurgailu bezala[22]. Huts-neurgailu gisaren eredu matematikoa nahiko konplexua da Van Atta azaltzen duen bezala[23]; hala ere, horrela sinplifikatu daiteke:

,

non P gasen presio den, B konstante bat den, termoparearen tenperaturaren, gasen konposizioaren eta hutsezko ganbararen menpekoa, V0 termoparearen tentsioa den presio absolutuan eta V termopareak adierazten duen tentsioa den.

Beste alternatiba bat Pirani neurgailua da, antzeko modu batean funtzionatzen duena, gutxi-gorabehera presi-tartea berdinean, baina bi terminaleko gailua da. Termoparea erabili beharrean, elektrikoki berotutako kable baten erresistentzia diferentzia neurtzen du tenperaturarekiko.

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  1. a b (Ingelesez) «Temperature Measurement» FierceElectronics . Noiz kontsultatua: 2019-12-09.
  2. «Thermocouple Accuracy Table | Microlink Measurement & Control» Microlink Measurement and Control Systems . Noiz kontsultatua: 2019-12-09.
  3. a b c (Ingelesez) «Thermocouple Materials» Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials (ASM International): 869–888 1990 doi:10.31399/asm.hb.v02.a0001098 ISBN 978-1-62708-162-7 . Noiz kontsultatua: 2019-12-09.
  4. (Ingelesez) Rowe, Martin. «Thermocouples: Simple but misunderstood» EDN . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  5. Kerlin, Thomas W.. Practical thermocouple thermometry.. (Second edition. argitaraldia) ISBN 978-1-62870-030-5 PMC 881490366 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  6. Encyclopedia of materials : science and technology. Elsevier 2001 ISBN 978-0-08-052358-3 PMC 256878065 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  7. Park, R; Carroll, R; Burns, G; Desmaris, R; Hall, F; Herzkovitz, M; MacKenzie, D; McGuire, E et al.. (1993-01-01). Manual on the Use of Thermocouples in Temperature Measurement, Fourth Edition, Sponsored by ASTM Committee E20 on Temperature Measurement. (4TH. argitaraldia) ASTM International doi:10.1520/mnl12-4th-eb ISBN 978-0-8031-1466-1 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  8. «Calibration of Thermocouples» Manual on the Use of Thermocouples in Temperature Measurement (ASTM International): 104–104-28 ISBN 978-0-8031-6652-3 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  9. Specification for Type N Thermocouple Wire. ASTM International . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  10. «Capgo - Thermocouple Theory» www.capgo.com . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  11. «BIPM - ITS-90 Supplementary» web.archive.org 2012-09-10 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  12. a b c d «Resources» www.omega.com . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  13. a b Pollock, Daniel D.. (1985). Thermoelectricity : theory, thermometry, tool. ASTM ISBN 0-8031-0409-X PMC 11345417 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  14. «Spacecraft 'Nuclear Batteries' Could Get a Boost from New Materials» NASA/JPL . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  15. «High Temperature Irradiation Resistant Thermocouple (HTIR-TC)» core.materials.ac.uk 1970-01-01 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  16. «high-temperature irradiation-resistant thermocouples: Topics by Science.gov» www.science.gov . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  17. Polska. Polski Komitet Normalizacyjny.. (2008). Termoelementy - Część 3: Kable rozszerzające i kompensacyjne - Tolerancje i systemy rozpoznawcze PN-EN 60584-3. Polski Komitet Normalizacyjny ISBN 978-83-251-5446-2 PMC 297679657 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  18. Pollock, Daniel D.. (1991). Thermocouples : theory and properties. CRC Press ISBN 0-8493-4243-0 PMC 24066249 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  19. «Industry Experiences with Flammable Vapor Clouds» Estimating the Flammable Mass of a Vapor Cloud (John Wiley & Sons, Inc.): 11–29 2010-09-28 ISBN 978-0-470-93536-1 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  20. «Feedback» New Scientist (3224): 56 2019-04 doi:10.1016/s0262-4079(19)30612-8 ISSN 0262-4079 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  21. Hablanian, M. H.. (1997). High-vacuum technology : a practical guide. (2nd ed., rev. and expanded. argitaraldia) Marcel Dekker ISBN 0-585-13875-3 PMC 44959885 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  22. Brix, Peter. (1981). «Wolfgang Gentner 1906-1980» Physik in unserer Zeit (1): 1–1 doi:10.1002/piuz.19810120101 ISSN 0031-9252 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  23. YARWOOD, J. (1966-07). «Vacuum science and engineeringby C M Van Atta, McGraw-Hill Book Co (1965), xiv–459 pages, $15.00.» Vacuum (7): 390–390 doi:10.1016/0042-207x(66)90191-6 ISSN 0042-207X . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.

Kanpo estekak[aldatu | aldatu iturburu kodea]