Conocimientos || Análisis de fallos en los instrumentos de medición de temperatura

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1 Termopar: Las fallas más comunes en los termopares industriales son el cortocircuito y el circuito abierto. Por lo general, las roturas son más comunes, y esto se debe a que los filamentos de resistencia térmica son bastante delgados. Es fácil determinar si hay cortocircuito o interrupción en la cadena eléctrica. Se puede utilizar la función “×1Ω” del multímetro; si el valor de resistencia medido es menor que R0, es probable que haya un cortocircuito en algún lugar ； Si el multímetro indica un valor infinito, se puede concluir que el resistor está abierto. Un cortocircuito en el resistor suele ser fácil de solucionar, siempre y cuando no afecte a la longitud ni al grosor del hilo resistivo. Basta con localizar el punto donde hay cortocircuito, secarlo y reforzar el aislamiento. Para reparar un resistor con circuito abierto, es necesario cambiar la longitud del filamento resistivo, lo que afecta el valor de resistencia. Por ello, es mejor reemplazarlo por uno nuevo. Si se opta por repararlo mediante soldadura, es necesario verificar que esté en buen estado después de la soldadura antes de poder utilizarlo. Los problemas más comunes en los sistemas de medición de temperatura por resistencia térmica, así como las formas de solucionarlos, se detallan en la siguiente tabla: 2. Uso correcto de los termopares: El uso adecuado de los termopares no solo permite obtener valores precisos de la temperatura, lo que garantiza que los productos cumplan con los estándares requeridos, sino que también ayuda a reducir el consumo de material necesario para su fabricación. De este modo, se ahorran costos y, al mismo tiempo, se mantiene la calidad del producto. Además de los errores comunes causados por el uso incorrecto de los cables de compensación, su conexión inadecuada o suelta (solución: utilizar los cables de compensación de manera correcta y asegurar bien las terminales de conexión), existen también errores como una instalación incorrecta, la conductividad térmica y el retraso en la respuesta del termopar. Estos son los principales errores que se presentan durante el uso de los termopares. 2.1. Los errores que se producen debido a una instalación inadecuada, como por ejemplo cuando la posición y la profundidad de inserción del termopar no reflejan con precisión la temperatura real del horno. En otras palabras, el termopar no debe colocarse demasiado cerca de la puerta o de las zonas de calentamiento; su profundidad de inserción debe ser al menos 8 a 10 veces el diámetro del tubo protector ； El espacio entre la carcasa de protección del termopar y la pared del horno no está relleno con material aislante, lo que provoca que el calor del interior del horno se escape o que entre aire frío. Por lo tanto, el espacio entre la carcasa de protección del termopar y los orificios en la pared del horno debe taparse con material aislante como masilla refractaria o cuerda de amianto, a fin de evitar que la convección del aire frío y caliente afecte la precisión de la medición de temperatura ； El extremo frío del termopar está demasiado cerca del cuerpo del horno, lo que hace que la temperatura supere los 100°C℃ ； La instalación de los termopares debe realizarse evitando, en la medida de lo posible, campos magnéticos y eléctricos intensos. Por lo tanto, no se deben colocar los termopares y los cables de alimentación dentro del mismo conducto, para evitar interferencias que puedan causar errores ； Los termopares no pueden instalarse en zonas donde el flujo del medio a medir es muy escaso. Cuando se utiliza un termopar para medir la temperatura del gas dentro de un tubo, es necesario instalarlo en dirección opuesta al flujo del gas, y que esté en buen contacto con él. 2.2. Los errores causados por un deterioro de la aislación incluyen el caso en que el aislamiento del termopar se ve afectado, o cuando los tubos de protección y las placas de sujeción están demasiado sucios o cubiertos de sales, lo que provoca una mala aislación entre los terminales del termopar y las paredes del horno. Este problema es aún más grave a altas temperaturas; no solo causa una pérdida en el potencial termoelectrónico, sino que también genera interferencias. Los errores resultantes pueden llegar a ser de cientos de unidades. 2.3. Errores causados por la inercia térmica: Debido a la inercia térmica de los termopares, el valor indicado por el instrumento se retrasa con respecto a los cambios en la temperatura que se está midiendo. Este efecto es especialmente notable cuando se realizan mediciones rápidas. Por lo tanto, se deben utilizar, en la medida de lo posible, termopares con electrodos más delgados y un diámetro del tubo protector más pequeño. Cuando el entorno de medición lo permite, incluso se puede retirar la tubería de protección. Debido al retraso en la medición, la amplitud de las fluctuaciones de temperatura detectadas por los termopares es menor que la amplitud de las fluctuaciones de la temperatura del horno. Cuanto mayor es el retraso en la medición, menor es la amplitud de las fluctuaciones del termopar, y por lo tanto, mayor es la diferencia con respecto a la temperatura real del horno. Cuando se utiliza un termopar con una constante de tiempo alta para medir o controlar la temperatura, aunque la temperatura que muestra el instrumento varía muy poco, la temperatura real del horno puede variar significativamente. Para medir la temperatura con precisión, se debe elegir un termopar con una constante de tiempo baja. La constante de tiempo es inversamente proporcional al coeficiente de transferencia de calor, y es directamente proporcional al diámetro del extremo térmico del termopar, a la densidad del material y a su calor específico. Para reducir la constante de tiempo, además de aumentar el coeficiente de transferencia de calor, la forma más eficaz es disminuir al máximo el tamaño del extremo térmico. Durante su uso, se suelen emplear materiales con buenas propiedades de conducción térmica, así como manguitos de protección con paredes delgadas y diámetro interno reducido. En mediciones de temperatura más precisas, se utilizan termopares con hilos desnudos y sin cubierta protectora; sin embargo, estos termopares se dañan fácilmente, por lo que es necesario calibrarlos y reemplazarlos a tiempo. 2.4. Error por resistencia térmica: A altas temperaturas, si hay una capa de ceniza o polvo sobre el tubo de protección, esto aumenta la resistencia térmica y dificulta la transmisión del calor. En ese caso, la lectura de la temperatura será más baja que el valor real de la temperatura medida. Por lo tanto, se debe mantener limpia la parte exterior del tubo de protección del termopar, a fin de reducir los errores. Problemas comunes en los termopares industriales y métodos para solucionarlos: Termómetros bimetálicos. El principio de funcionamiento de los termómetros bimetálicos se basa en el uso de dos metales con coeficientes de expansión térmica diferentes. Un extremo de estos termómetros está soldado a un punto fijo, mientras que el otro extremo se deforma cuando cambia la temperatura; esta deformación se convierte en un ángulo de desviación de la aguja, lo cual indica la temperatura. Si se produce un error lineal durante el uso, se puede corregir el problema de una lectura inexacta de la temperatura ajustando el mando situado detrás del termómetro. El termómetro, una vez ajustado y verificado, podrá ser utilizado. 4. Termómetro de presión: El termómetro de presión utiliza la expansión y contracción térmica de los líquidos para medir la temperatura. Se trata de un sistema cerrado compuesto por un bulbo termométrico, un capilar y un muelle. Este sistema está lleno de un medio de medición, que es un líquido. Cuando el bulbo termométrico detecta cambios en la temperatura, la presión dentro del sistema cerrado varía debido a los cambios en el volumen del líquido. Esto provoca que el muelle se curve, lo que a su vez hace que su extremo libre se mueva. A través de conexiones y mecanismos de transmisión, esto hace que la aguja gire, indicando así la temperatura medida en el dial del instrumento. Este instrumento cuenta con una escala lineal, un volumen reducido del termopar, una rápida respuesta, alta sensibilidad y lecturas fáciles de interpretar. Los problemas más comunes en los termómetros de presión son que la aguja no se mueve o que indica valores erróneos. En el caso de que la aguja esté atascada, se puede utilizar un instrumento especial para extraerla; una vez que la aguja esté en su posición correcta y se haya verificado su funcionamiento, entonces se puede volver a utilizar el termómetro. 4.1. Los instrumentos de control de temperatura que suelen presentar fallos son aquellos que utilizan resistencias térmicas o termopares para controlar el objeto a medir. Los principales problemas que pueden surgir en estos instrumentos son los siguientes: · La ubicación inadecuada del instrumento impide que el medio a medir tenga un intercambio térmico adecuado con los elementos de medición, lo que hace que la lectura sea demasiado baja ； · Es que el punto de medición no está bien aislado, lo que provoca una disipación térmica rápida en esa zona, y por eso la temperatura allí es más baja que la temperatura del sistema ； · Es una conexión floja y un mal contacto los que causan una indicación imprecisa. Esto provoca que la resistencia térmica sea alta y que el termopar sea bajo ； · Es una falla por cortocircuito. Causa una resistencia térmica baja o mínima, así como un termopar con valor bajo o dañado ； · Es una falla de circuito abierto. Esto hace que la resistencia térmica indique un valor máximo, mientras que el termopar no indica ningún valor, es decir, un valor mínimo. Además, al analizar las fallas en los sistemas de instrumentación para el control de temperatura, hay que tener en cuenta que la gran mayoría de los instrumentos utilizados en dichos sistemas son eléctricos, y que presentan un retraso considerable en las mediciones. 4.2. Métodos comunes de análisis de fallos 1) Primero, se deben verificar los valores indicados por el sistema de instrumentos de medición de temperatura. Si estos valores cambian al máximo o al mínimo, se puede determinar que existe un fallo en el sistema de instrumentos. La razón de esto es que los sistemas de medición de temperatura suelen tener una gran demora en la respuesta, por lo que no ocurren cambios repentinos. Las fallas en los instrumentos de control de temperatura se deben, por un lado, a la rotura de los termopares, las resistencias térmicas y los cables de compensación; y, por otro lado, al fallo del amplificador del transmisor, lo que también provoca problemas. 2) Verificar si los valores indicados por el sistema de instrumentos de control de temperatura oscilan rápidamente de forma continua. Este fenómeno suele ser causado por un ajuste inadecuado de los parámetros PID de control. 3) Verificar si los valores indicados por el sistema de instrumentos de control de temperatura presentan fluctuaciones lentas y significativas. Este fenómeno suele ser causado por cambios en las operaciones del proceso. Si no hay cambios en las operaciones del proceso, se puede determinar que existe un fallo en el propio sistema de control de los instrumentos. 4) Una vez detectado un fallo en el sistema de control de temperatura, primero se debe verificar la señal de entrada al válvula de regulación del instrumento, para comprobar si hay algún cambio. Si no hay cambios en la señal de entrada, pero la válvula de regulación sigue funcionando, entonces se puede determinar que existe una fuga en la membrana de dicha válvula ； Verifique la señal de entrada del localizador de la válvula de regulación. Si la señal de entrada no cambia, pero la señal de salida sí lo hace, entonces se puede concluir que hay un problema en el localizador del instrumento ； Se deben verificar las señales de entrada del localizador del instrumento y las señales de salida del regulador del mismo. Si la señal de entrada del regulador no cambia, pero la señal de salida sí lo hace, se puede concluir que hay un problema en el propio regulador del instrumento.