Compensação de Junção Fria para Transmissores de Temperatura
Pessoas que trabalham muito com termopares também podem não saber exatamente como funciona a junção fria do termopar (referência). Para podermos discutir a junção fria, primeiro precisamos de uma breve compreensão da teoria dos termopares e de como os termopares funcionam.
Junção Fria ou Junção de Referência
O termopar"junção fria"é muitas vezes referido como o"junção de referência", mas em nossa opinião as pessoas usam o termo"junção fria"mais frequentemente .
Termopares Comuns
Os termopares são sensores de temperatura comuns na indústria. Várias vantagens dos termopares os tornam amplamente utilizados. Eles podem ser usados para medir temperaturas muito altas, muito mais altas do que sensores de temperatura resistivos (RTDs). Um termopar também é um sensor muito forte, por isso não quebra facilmente. Embora os termopares não sejam tão precisos quanto os sensores de temperatura resistivos, eles são suficientemente precisos em muitas aplicações.
Como funcionam os termopares
O termopar consiste em dois fios feitos de condutores elétricos diferentes unidos em uma extremidade (o"quente"final), que é o final usado para medir a temperatura. Como Thomas Johann Seebeck descobriu em 1821, quando os pontos de ligação destes fios são expostos a diferentes temperaturas, é gerada uma corrente térmica, que cria um pequeno vão entre os fios nas extremidades abertas. Tensão. A tensão depende da temperatura e do material do fio utilizado. Este efeito é chamado"Efeito Seebeck".
Esquema Simplificado do Termopar
"Materiais de termopar 1 e 2"na figura acima representam dois materiais diferentes usados para termopares."T1"é a junção quente do termopar, o ponto onde a temperatura é medida. Os dois"TCJ"são a temperatura da junção fria. Devido ao gradiente de temperatura no fio do termopar, a termotensão é sempre gerada entre o"quente"e"frio"termina. Portanto, não é a junção que cria a tensão, é o gradiente de temperatura ao longo do fio que cria a tensão. Mas a explicação de que a tensão térmica é gerada entre os terminais quente e frio é mais fácil de entender.
Tipos e materiais de termopares
Existem muitos tipos de termopares fabricados a partir de diferentes materiais e ligas. Materiais diferentes resultam em sensibilidades diferentes, produzem tensões térmicas diferentes à mesma temperatura e podem afetar outras propriedades. Vários tipos diferentes de termopares foram padronizados e são fornecidas designações para os materiais especificados usados. O nome geralmente é muito curto, geralmente com apenas uma letra, como tipo K, R, S, J, K, etc.
Termopares mais comuns e seus materiais
Como diferentes termopares são feitos de materiais diferentes, as tensões termoelétricas também são diferentes, conforme mostrado na figura abaixo. Na mesma temperatura, a tensão gerada entre os diferentes tipos varia muito.
Tensão térmica do termopar
Coeficiente de Seebeck do termopar
Se você deseja medir temperaturas mais baixas, os tipos mais sensíveis são obviamente melhores, pois fornecem tensões mais altas e são mais fáceis de medir. Mas se você precisar medir altas temperaturas, você pode escolher alguns tipos menos sensíveis que podem ser usados em calor extremo. O coeficiente Seebeck indica o quanto a tensão do termopar muda em relação à temperatura. O gráfico acima ilustra as diferentes sensibilidades entre diferentes termopares e também explica por que os calibradores de termopares geralmente têm diferentes classes de precisão para diferentes tipos de termopares.
fim frio
Apresentamos um esquema simplificado de termopar mostrando dois condutores diferentes conectados entre si criando termotensão em "junção quente"conexão. Neste ponto, a grande pergunta que você fará deve ser"onde está a outra ponta do fio?"Ao medir a tensão do termopar, você conecta os fios do termopar ao voltímetro. O material de conexão do voltímetro geralmente é cobre ou cobre banhado a ouro, portanto não é o mesmo que o material do termopar, o que significa que você cria dois novos termopares na conexão do voltímetro!
No diagrama acima, Material 1 e Material 2 são os dois materiais do termopar que formam o termopar. O"final quente"é o ponto onde eles são soldados entre si, este é o ponto onde é medida a temperatura do processo e o ponto onde é gerada a tensão U1. Este U1 é o que queremos medir. No"junção fria"ponto, o termopar é conectado ao voltímetro cuja conexão é feita de material diferente (Material 3). Enquanto estes diferentes materiais estiverem à mesma temperatura ambiente, as tensões adicionais U2, U3 que eles geram não têm efeito na tensão térmica geral. A tensão térmica na tabela de índice é o conjunto de tensões gerado pelo gradiente térmico da extremidade quente para a extremidade fria quando a extremidade fria está a 0°C. Entretanto, em aplicações práticas, a temperatura ambiente do transmissor de temperatura e da junção fria do termopar não é 0°C na maioria dos casos. Portanto, a influência da temperatura da junta fria deve ser removida ao calcular a temperatura da junta quente usando uma tabela de índices, também chamada de compensação da junta fria.
Método de compensação de junção fria
1. Método de banho de ponto de congelamento
Pela sua natureza, as junções do termopar não desenvolvem qualquer tensão térmica a 0°C (32°F). Assim, você pode conectar junções frias nessa temperatura, por exemplo, em um banho de ponto de congelamento ou em um forno de calibração precisa de temperatura. Conecte os fios do termopar aos fios de cobre no banho de ponto de congelamento sem gerar tensão térmica durante a conexão. Então você não precisa se preocupar com o final frio. As conexões precisam ser isoladas eletricamente da água do banho de gelo para evitar quaisquer correntes de fuga que possam causar erros ou possível corrosão. Este é um método muito preciso e geralmente é feito por laboratórios de calibração. Nas fábricas, isso não é muito prático, por isso não costuma ser usado nas fábricas.
2. Junção Fria em Temperatura Fixa
Como os sumidouros de gelo foram considerados impraticáveis, você também pode fazer a junção fria a uma temperatura fixa e conhecida. Pode ser usada uma pequena caixa de junção, que possui um dispositivo de controle de temperatura para manter a caixa de junção sempre em uma determinada temperatura. Normalmente, a temperatura é superior à ambiente, portanto a caixa só precisa ser aquecida, não resfriada.
Ao conhecer a temperatura na junção fria e o tipo de termopar, você pode calcular e compensar a tensão térmica na junção fria. Muitos dispositivos de medição ou calibradores de temperatura têm a capacidade de inserir a temperatura da junta fria e o dispositivo fará todos os cálculos e compensações para você.
3. Compensação automática para medição da temperatura da junta fria
Deixe que o equipamento de medição faça o cálculo automaticamente. O dispositivo de medição (transmissor, placa de entrada DCS) pode medir a temperatura da junta fria a qualquer momento e compensar automaticamente o erro da junta fria online. Como o dispositivo de medição também conhece o tipo de termopar, a compensação pode ser realizada de forma automática e contínua.
Esta é necessariamente a maneira mais fácil e prática de compensar juntas frias em medições e calibrações normais, já que você não precisa se preocupar com a junção fria, mas deixe o equipamento cuidar dela.
Compensação de junção fria para NCS-TT106
Os produtos transmissores de temperatura modulares da Microcyber Corporation incluem três acordos HART, PROFIBUS PA, FF H1.
Suporta todos os métodos de compensação de junta fria mencionados acima e existem dois métodos de compensação automática para medir a temperatura da junta fria. Você pode optar por usar o sensor de temperatura integrado próximo ao terminal do NCS-TT106 ou pode escolher um sensor de temperatura de resistência de platina externo. A precisão da medição de temperatura do sensor de temperatura integrado é de ± 0,5 ℃, e quando o sensor de temperatura de resistência de platina PT100 externo está conectado, a precisão da medição de temperatura é de ± 0,15 ℃.
