Los fieles lectores de nuestra serie de entradas de blog "Kaye's Time Warp" podrían preguntarse por la importancia de la referencia Kaye Ice Point en el contexto de la validación de procesos térmicos en el entorno GxP. De hecho, es más probable encontrar referencias de punto de hielo Kaye en hornos de aluminio, en bancos de pruebas de turbinas o en salas de control de centrales eléctricas. Sin embargo, los conocimientos básicos que el fundador de nuestra empresa, el Dr. Joseph Kaye, adquirió a principios de los años 50 en este contexto son cruciales para el desarrollo de sistemas de validación de alta precisión basados en termopares como sensores de temperatura.
Como cualquier elemento sensor, los termopares, independientemente de su tipo, presentan fuentes de error inherentes. Éstas deben tenerse en cuenta a la hora de configurar un circuito de medición. Para garantizar una medición precisa de la temperatura, es absolutamente necesario compensar completamente estas fuentes de error. En particular, la ejecución cuidadosa de la compensación de la unión fría es de suma importancia en los termopares.
¿Qué es la compensación de la unión fría?
La medición de la temperatura de un termopar se basa en el llamado efecto Seebeck, en el que se genera una tensión cuando dos materiales diferentes, conductores de la electricidad, se conectan térmicamente en un punto y se calientan de forma diferente. En pocas palabras: un gradiente de temperatura a lo largo de una conexión de metales diferentes genera una tensión eléctrica.
El reto ahora es que cualquier conexión de dos metales diferentes también actúa como termopar y genera una señal termoeléctrica correspondiente a su temperatura. En la práctica, la señal del termopar suele estar distorsionada por los termopares no deseados de los terminales de la línea de medición, lo que se conoce como efecto de unión soldada fría.
La compensación de la unión fría es, por tanto, un componente crítico en los circuitos de medición de termopares. Sin ella, la señal de temperatura que se mide en el extremo sería una función de dos temperaturas: la temperatura real deseada y la temperatura en la unión soldada fría. Esta compensación permite aislar la señal del punto de medición real y proporcionar así una medición de temperatura precisa y fiable
Para abordar la compensación eficaz de la unión fría en la tecnología de medición de termopares, existen tres soluciones técnicas:
1. Utilización del **efecto Seebeck**: Este efecto, que debe su nombre al físico alemán Thomas Johann Seebeck, describe la conversión de las diferencias de temperatura en tensión eléctrica y viceversa. En un termopar, las diferencias de temperatura en las uniones de los dos metales diferentes generan una tensión.
2. Utilización del **efecto Peltier**: Este efecto, que debe su nombre al físico francés Jean Charles Athanase Peltier, describe la cantidad de calor que se genera o absorbe en un circuito cuando una corriente atraviesa dos materiales diferentes.
3. La medición directa de la temperatura ambiente real directamente en la junta de soldadura fría.
Método 1: Efecto Seebeck
Históricamente, el método de referencia del punto de hielo (efecto Seebeck) fue el primero en utilizarse para la compensación de juntas de soldadura frías. El método es relativamente sencillo, ya que sólo requiere un baño de hielo para mantener una temperatura constante en la unión, precisamente a 0°C. Este método ya se aplicaba en los primeros tiempos de la tecnología de medición de termopares, mucho antes de que se dispusiera de sistemas de medición equipados con ordenadores de proceso rápidos y controlados por software para la compensación eficaz de este error de medición.
Una inteligente combinación de hielo y agua, empaquetada en una robusta carcasa industrial, equipada con una tecnología de control rudimentaria y una fuente de alimentación: lo que suena a instrucciones de construcción de la película "Regreso al futuro" es, en realidad, la base de las referencias de puntos de hielo multicanal del Dr. Kaye, aplicables a una gran variedad de usos industriales. Sí, ha leído bien. Por sorprendente que parezca, este concepto innovador encontró una amplia aceptación en diversas aplicaciones industriales y no ha perdido su relevancia hasta el día de hoy. Aunque este principio de medición sigue siendo la base de las referencias Kaye Ice Point actuales, la electrónica de control ha evolucionado de forma natural, y lo sorprendente es que las referencias Kaye Ice Point, a pesar de estos mínimos cambios técnicos, siguen estando entre las más precisas del mercado.
Método 2: Efecto Peltier
El efecto Peltier no suele utilizarse explícitamente para la compensación de juntas de soldadura frías en instrumentos de medición industriales. El efecto Peltier se utiliza normalmente en refrigeradores/calentadores Peltier para crear una diferencia de temperatura y lograr así la refrigeración, como en el caso del Kaye Block Calibrator LTR-150.
Aunque teóricamente es posible utilizar un refrigerador Peltier en la junta de soldadura fría para mantener constante la temperatura en la junta de soldadura fría y eliminar así la necesidad de compensación, este enfoque sería poco práctico y costoso en la mayoría de las aplicaciones, por lo que sólo se utiliza en circuitos de medición de termopares muy específicos.
Método 3: Medición directa de la temperatura ambiente real directamente en la junta de soldadura fría
El método más extendido en la actualidad es la medición directa de la temperatura en la junta de soldadura fría y la posterior compensación mediante software. Esto ha sido posible gracias a la tecnología de microprocesadores y a los algoritmos de software.
En este método, se utiliza un sensor de temperatura independiente, a menudo un termómetro de resistencia de alta precisión o un termistor, para medir la temperatura en la unión soldada fría. Esta información se utiliza para compensar la señal del termopar. La compensación se realiza convirtiendo la temperatura medida de la unión de soldadura fría en una tensión de termopar correspondiente utilizando la relación conocida entre tensión y temperatura del termopar (curva de Seebeck). A continuación, esta "tensión de compensación" se resta de la señal medida del termopar para obtener únicamente la señal de la unión "caliente" (el punto de medición). Es importante tener en cuenta que la calidad de la compensación depende en gran medida de la precisión, la estabilidad y la respuesta del sensor de temperatura de la unión soldada en frío utilizado. Además, la unión soldada en frío debe estar bien aislada térmicamente para minimizar las perturbaciones debidas a las fluctuaciones de temperatura externas.
Este principio de medición también se utiliza en los registradores de datos de Kaye. Ya en la primera familia de productos Kaye Digistrip se utilizaba este método, y los modernos validadores Kaye AVS utilizan esta opción de compensación directamente en el punto de conexión en el SIM (Sensor Input Module), donde se conectan todos los termopares.
Conclusión
En conclusión, cabe señalar que los resultados de la investigación básica del fundador de la empresa, el Dr. Kaye, se han aplicado y se siguen aplicando sistemáticamente en soluciones industriales de Kaye. Una adaptación continua, basada en componentes electrónicos nuevos, más precisos y más rápidos sobre la base de microchips, forma parte integrante de la filosofía de desarrollo de Kaye. Curiosamente, los conocimientos físicos fundamentales siguen siendo los mismos desde los primeros días de la fundación de la empresa, lo que pone de relieve la relevancia y aplicabilidad intemporales de estos principios científicos.
Para solicitar información sobre un producto o servicio, puede ponerse en contacto con nosotros en línea y uno de nuestros representantes estará encantado de atenderle. Para ponerse en contacto con nosotros, visítenos aquí: https://www.kayeinstruments.com/es/contact
Para solicitar una demostración de cualquiera de nuestros productos, visite nuestro sitio web de solicitud de demostraciones: https://www.kayeinstruments.com/es/demo
Síganos en LinkedIn o regístrese en nuestro boletín: https://www.kayeinstruments.com/es/newsletter-subscription
Derechos de autor: Amphenol Corporation