Corriente producida por termopares

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Parece que no puedo encontrar una respuesta a esto en Google.

Tome un termopar tipo K, por ejemplo. El voltaje producido es de alrededor de 41uV / K. Me pregunto cómo cambia esto cuando se coloca una carga sobre él. ¿Qué ecuación determina la corriente? ¿Puedo suponer que el termopar es equivalente a la fuente de voltaje y la resistencia interna? ¿Qué corriente se produciría típicamente en cortocircuito?

Gracias

CL22
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Parece que lo que quieres saber es la impedancia. Medí uno una vez a unos 10 ohmios.
Robert Endl

Respuestas:

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Entiendo que el voltaje del termopar es estrictamente una función de la temperatura. Aparentemente esto se llama voltaje de Seebeck . Al igual que cualquier fuente de voltaje, hay una resistencia interna asociada a ella debido a los efectos del "mundo real". La corriente de cortocircuito estará determinada por esa resistencia interna mediante el cálculo habitual de la Ley de Ohm I_ss = V (temperatura) / R_internal.

vicatcu
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No es solo la resistencia de la unión, sino todo el cable de salida y de retorno. Sin embargo, estoy de acuerdo con el principio básico, que es que la corriente de cortocircuito es simplemente el voltaje de bucle total debido a la temperatura dividida por la resistencia que tenga el bucle.
Olin Lathrop
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Los termopares pueden proporcionar energía útil.

Las sondas satelitales distantes son alimentadas por RTG: http://fas.org/nuke/space/gphs.pdf

Este documento describe cómo se usa el efecto termoeléctrico para alimentar estas naves espaciales, con, típicamente, 572 uniones, generando 294W (28V @ 10.5A) al comienzo de una misión, reduciéndose con el tiempo a medida que la fuente radiactiva decae.

http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/4716190/ describe en detalle la investigación exhaustiva de los materiales que podrían usarse en estos generadores.

Las uniones de silicio-germanio producen> 300 microvoltios por grado K, que es alto en comparación con una unión de termopar de grado de 'medición' típica.

Si desea utilizar un termopar para medir algo, debe hacer que fluya la menor cantidad de corriente posible. Si desea que una unión proporcione corriente, entonces toma la mayor cantidad posible mientras permite la caída de voltaje a través de la unión.

Un problema muy similar con los paneles fotovoltaicos en los techos de las casas, donde el inversor fotovoltaico reduce la corriente consumida, para mantener el voltaje, para proporcionar la máxima potencia extraída.

Steve Richards
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Llegué a esta publicación después de buscar en Google para ver cuánta corriente podría extraer de un termopar sin afectar materialmente la medición. No encontré esa respuesta exacta aquí (y tampoco creía que un termopar fuera realmente una fuente de voltaje ideal), así que hice una medición. La resistencia de este termopar es ~ 4.5ohms (medido aplicando 100mA y midiendo el voltaje) y desde el gráfico podemos ver que efectivamente actúa como una fuente de voltaje con una resistencia en serie de ~ 4.5ohm. Probé algunos otros termopares que tenía y obtuve valores muy diferentes de corriente de cortocircuito (¡uno grande dio> 20mA @ 150C!), Pero todos rastrearon más o menos el modelo de resistencia de bucle.
Tengo que decir que me sorprendió la magnitud de la corriente producida. El que medí salida 10uA por grado, lo que significa que podría extraer 1uA del dispositivo y todavía tener una precisión de 0.1 grados.

Tensión típica de termopar tipo K producida en función de la corriente extraída del dispositivo

ben legeyt
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¿Tomó en cuenta que al agregar su amperímetro había agregado al menos dos nuevas uniones de termopar en el circuito?
Transistor
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La pequeña resistencia del termopar fue inundada por la resistencia de su amperímetro. Mídalo (con otro medidor) o lea la hoja de especificaciones de su medidor y verá que esto es correcto.
Spehro Pefhany
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¡Gracias SP por señalar correctamente que mi medida original fue inundada por la resistencia de mi amperímetro! He hecho una mejor medición y he actualizado la publicación anterior.
ben legeyt
Supongo que las baterías de plutonio utilizadas en las naves espaciales se basan en el hecho de que los termopares, si bien producen voltajes bajos, producen altas corrientes. Los interruptores de termopar de mercurio en calderas domésticas también se basan en este fenómeno.
Robin
@benlegeyt ¿Se corrigen sus resultados para restar la resistencia del multímetro?
Brethlosze
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El cableado del termopar en un instrumento quiere conectarse a un circuito que se acerca a un voltímetro ideal. Ese es un circuito que no carga el termopar en absoluto. De hecho, un termopar en una situación estabilizada no tendrá corriente en absoluto. El voltaje del termopar no se produce en la unión, sino en toda la longitud de los cables entre el extremo de la unión y el extremo de la unión fría en el instrumento. En otras palabras, los termopares miden un gradiente térmico a lo largo de los cables.

No veo ningún valor útil para considerar poner una "carga" a través de los cables del termopar en el instrumento. En cambio, debe estar pensando en qué tan alto amplificador de instrumentación de impedancia puede obtener para controlar el voltaje diferencial entre los dos cables.

Michael Karas
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Gracias. La razón por la que pregunto es que quiero reducir el efecto del ruido EM captado por los cables del termopar.
CL22
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Eso es parte de la razón por la que desea utilizar un chip para esto que conecta el termopar a un amplificador de instrumentación diferencial y deja el cableado esencialmente flotante con respecto al resto del sistema. Los cables del termopar deberían ver las mismas señales de modo común.
Michael Karas