¿Qué factores influyen principalmente en el error de medición de la temperatura con termopares?

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1. Errores causados por la inestabilidad de las propiedades termoeléctricas del termopar. Con el paso del tiempo y debido a las condiciones ambientales en las que se utiliza, las propiedades termoeléctricas del termopar pueden cambiar. Como resultado, la temperatura medida por este termopar difiere ligeramente de la temperatura real. Los principales factores que afectan la estabilidad del termopar son: (1) la contaminación y corrosión de los electrodos del termopar por parte del material a medir ； (2) Esfuerzos de deformación causados por la deformación del electrodo térmico debido a la acción de fuerzas externas ； (3) En altas temperaturas, la estructura microscópica de los gránulos del electrodo sensible a la temperatura cambia ； (4) Los electrodos térmicos se oxidan al estar expuestos al aire, entre otros efectos. 2. Efecto de la heterogeneidad de los termopares. La homogeneidad de un termopar se refiere al grado de uniformidad del material de sus electrodos térmicos. Si los materiales de los dos electrodos térmicos en el termopar son uniformes, entonces el potencial termoeléctrico generado por el circuito del termopar está directamente relacionado con la diferencia de temperatura entre sus extremos, sin importar el gradiente de temperatura a lo largo de la longitud de los electrodos térmicos. 3. Selección de los puntos de medición de temperatura. Elegir los puntos adecuados para la medición de la temperatura es un factor muy importante a considerar al instalar termopares. Es fundamental seleccionar puntos de medición representativos, ya que esto tiene una importancia especial para todo el entorno de producción. Si la ubicación no se elige adecuadamente, el control y la medición carecerán de sentido. En los puntos de medición, la profundidad a la que se inserta el termopar también influye en la medición de la temperatura. Cuando existe una diferencia de temperatura entre el entorno exterior y la temperatura del objeto que se está midiendo, la temperatura medida por el termopar varía a medida que el sensor se extiende, lo que genera errores en la medición. Debido a las constantes variaciones de la temperatura ambiental, este error de temperatura es impredecible. Además de los errores causados por la conducción térmica debido a la profundidad de inserción, el material del tubo protector externo del termopar también puede introducir errores en las mediciones. Por ejemplo, los tubos protectores hechos de metal tienen buenas propiedades de conducción térmica; por lo tanto, durante el proceso de medición es necesario insertarlos más profundamente para evitar la pérdida de calor. En el caso de los tubos de protección hechos de cerámica, es necesario insertarlos a una profundidad menor. 4. Efecto del tiempo de respuesta: Solo cuando la temperatura del objeto a medir es igual a la temperatura del elemento de medición, este último puede mantener una temperatura estable. En ese momento, ambos alcanzan un equilibrio térmico. Este es el principio básico de la medición de temperatura por contacto. Se necesita cierto tiempo para que la temperatura del objeto a medir y la del elemento de medición de temperatura se igualen. La duración de este tiempo está determinada principalmente por las propiedades de respuesta térmica del elemento de medición, es decir, por el tiempo de respuesta térmica. El tiempo de respuesta térmica depende de la estructura del sensor y de las condiciones de medición; mediante experimentos, se observa que el tiempo de respuesta varía considerablemente en diferentes condiciones. En un medio gaseoso en estado estático, ambos componentes necesitan estar en contacto continuo durante más de 30 minutos para alcanzar el equilibrio térmico. En el caso de un líquido también en estado estático, el tiempo necesario para lograr el equilibrio térmico se reduce a 5 minutos. En las aplicaciones ingenieriles reales, la temperatura del objeto que se mide suele estar en constante cambio; los cambios ocurren en intervalos de tiempo muy cortos. Por lo tanto, se exigen requisitos bastante elevados a los sensores; generalmente, se espera que su capacidad de respuesta sea de orden de los milisegundos. Si la capacidad de respuesta es insuficiente, se produce un retraso en las mediciones. Por lo tanto, al elegir un sensor, hay que optar por uno con una rápida velocidad de respuesta. El diámetro del extremo de medición es un factor importante que afecta la velocidad de respuesta. Si los filamentos son más finos, el tiempo de respuesta es menor. 5. Efecto de la radiación térmica: Cuando se utilizan termopares para medir la temperatura en el horno, la radiación térmica que emiten los objetos calientes dentro del horno hace que la temperatura del termopar aumente. Si se supone que los gases dentro del horno son transparentes, y existe una gran diferencia de temperatura entre el termopar y las paredes del horno, entonces el intercambio de energía también provocará errores en la medición de la temperatura. Aumentar la conductividad térmica puede reducir eficazmente este error, haciendo que la temperatura de la pared del horno se acerque a la temperatura del termopar. 6. Efecto del aumento de la impedancia térmica: Cuando el termopar se encuentra en un entorno de altas temperaturas, el medio gaseoso a medir hace que el polvo presente en la superficie del tubo protector se derrita, lo que provoca un aumento en la impedancia térmica del mismo. Si el medio es un material fundido, durante el proceso de operación se producirá la sedimentación de escoria. Esta escoria aumentará el tiempo de respuesta del termopar, lo que hará que la temperatura indicada sea más baja. Por lo tanto, realizar inspecciones periódicas o muestreos aleatorios del estado de funcionamiento de los termopares permite detectar a tiempo las anomalías que estos presentan, reduciendo así los errores en las mediciones. 7. Los errores causados por la heterogeneidad del filamento del termopar. Según los principios de medición mencionados anteriormente, cuando el filamento del termopar es homogéneo, y según la regla del circuito homogéneo, la longitud no afecta al resultado de la medición. En la realidad, cuando las fábricas producen estos hilos, por razones como la temperatura, es común que el grosor de los hilos sea irregular, adoptando una forma similar a la de los tallos de bambú; incluso puede ocurrir que se formen enrolladuras graves en ellos. Además, en las etapas posteriores de procesamiento pueden surgir otros problemas; el procesamiento repetido de los termopares provoca que estos se deformen y pierdan su homogeneidad. Durante las mediciones de temperatura, muchos hilos termopar se encuentran en zonas de alta temperatura. Si no existe una distribución uniforme de la temperatura y esta varía, entonces en dichos termopares se generará un potencial electromotriz parasito, lo que a su vez introduce errores en las lecturas. A través de un análisis detallado del principio básico de funcionamiento de los termopares, de sus métodos de uso concretos y de los problemas que surgen durante su fabricación, se han identificado las principales causas de errores en la medición de temperatura con termopares. En la fabricación y uso de estos dispositivos, factores como la posición y profundidad de inserción del sensor, el tiempo de respuesta del termopar a los cambios de temperatura, la radiación térmica del entorno sobre el termopar, los cambios en la impedancia térmica y la heterogeneidad del filamento del termopar son los principales responsables de los errores de medición. Por lo tanto, para mejorar la precisión en la medición de temperatura, es necesario reducir o evitar estos factores. Analizar las causas de los errores en la medición de temperatura con termopares tiene una cierta utilidad como guía para las aplicaciones ingenieriles prácticas.