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Sensores Industriales

SENSORES DE TEMPERATURA

Calor Sensib le

Escalas de Temperatura

Son inst rumentos

esp ecialmente di seado s

para detectar esta

man ifes tac in energtica y

co nv ert ir la en una seal

elct ri ca rep res en tat iv a.

m

Calor Ganado o Perdido

por un cuerpo

RA Grados Reaumur

R Grados Rankine


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Termopares

El Efecto Seebeck

eAB = Voltaje Seebeck

Termopar del tipo KE

J

K

R

S

T
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Termopar_tipo_K_%28diagrama_simple%29-LMB.png


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Medicin prctic a de temperatura u ti l izand o termopares

Voltmetro


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Leyes Em pricas de los Termopares

Ley de los Metales Intermedios

Ley de las Temperaturas Interiores

Un tercer metal insertado entre otros

dos m etales diferentes no tendr

ningn efecto s obre la diferencia de

potencia de salida, siempre que las dos

uniones form adas por el m etal adic ionalse encuentren a la misma temperatura.

Una unin formada con do s metales

igu ales n o g enerar diferen cia d e

potencial algun a, ello sin im portar el

grado de calor apl icado desde una

fuente externa.

I. Ley de los Metales Intermedios.

II. Ley de los Metales Homogneos o

Ley de las Temperaturas Interiores

I. Ley de las Temperaturas Sucesivas.


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Ley de los Metales Insertados

Leyes Empricas de los Termop ares

Un co ndu ctor de un metal dismil inserto dentro de otro

condu ctor diferente no generar una diferencia de po tencial

que altere la diferencia de potencial de salida, siempre y

cuando ambas un iones se encuentren a la mism a temp eratura.


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Termopares

ALEACIONES

DE TERMOELEMENTOS


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Caractersticas de los Termopares

Termopar

designacin

americana

Composicin. Intervalo

de

utilizacin

f. e. m.

m V/C

Utilizacin

Tipo S. Pt Puro.

Pt 90%; Rh 10%

800 a

1600C.

0,010. En atmsfera oxidantes.

En atmsferas normales protjase con

tubo de acero.

Tipo R. Pt Puro.

Pt 87%; Rh 13%.

800 a

1600 C.

0,012. En atmsfera oxidantes.

En atmsferas normales protjase con

tubo de acero.

Tipo T. Cu Puro.

Cu 54%; Ni 46%.

-250 a

600C.

0,052. En atmsferas oxidantes y reductoras.

Elevada resistencia a la corrosin.

Tipo E. Ni 90%; Cr 10%.

Cu 54%; Ni 46%.

300 a

1000C.

0,042. Elevada resistencia a la corrosin.

Tipo K. Ni 90%; Cr 10%.

Ni 90%; Al 4%.

Si 2,5%; Mn 3,5%.

500 a

1250C.

0,04. En atmsferas oxidantes.

Tipo J. Fe puro.

Cu 54%; Ni 46%.

-250 a

1000C.

0,055. En atmsferas con poco oxgeno libre.


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Tipos de Termopares


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Bajo costo y en una variedad de sondas.

Calibracin sin recubrimiento hasta 1100C.

Con recubrimiento hasta 1260C.

Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%

Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2%

F.E.M. producida: -6,458 mV/C a 48,838 mV/C

Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mecnico.

Existen cambios qumicos asociados que se presentan durante su empleo (descalibracin).

Termopar Tipo K

Descomposicin Verde: oxidacin preferentemente del cromo sobre el Nquel en el exterior delelemento positivo, el cual se convierte entonces en negativo. Esto reduce la sensibilidad.

El ataque del azufre sobre el elemento negativo lo convierte en quebradizo.

Tanto el efecto de fragilidad del azufre, como la descomposicin verde se pueden reducir con elempleo de tubos limpios protectores libre de grasa.

En los termopares compactados, debido al cemento de oxido mineral, los alambres funcionan enuna atmsfera neutra incluso aunque la vaina del par compactado se exponga al hidrgeno o aotro tipo de atmsfera reductora.

Se recomienda en atmsferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre 500 y 150C.

No debe ser utilizado en atmsferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con untubo de proteccin (evitarse hidrgeno, monxido de carbono u otros gases fuertementereductores).


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Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el mbito criognico gracias a su sensibilidad.

Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%

Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%

F.E.M. producida: -9,835 mV/C a 76,373 mV/C (la mayor).

Puede usarse en vaco o en atmsfera inerte o medianamente oxidante o reductora.

Termopar Tipo E

Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las combinaciones de metal base debido asu bajo coste.

Termoelemento positivo: Fe99,5%

Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%

Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares

ms modernos.

F.E.M. producida: -8,096 mV/C a 42,919 mV/C.

Adecuado en atmsferas con escaso oxigeno libre. la oxidacin de el hilo de hierro aumentarpidamente por encima de 550C, siendo necesario un mayor dimetro del hilo hasta unatemperatura limite de 750C.

Termopar Tipo J


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Termoelemento positivo: Cu 100%

Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45%


Temperatura mxima limitada por la oxidacin del cobre por encima de 371C.

Se debe evitar atmsferas en donde estn presentes amonaco, perxido de hidrgeno, azufre fundido,

sulfuro de hidrgeno y anhdrido sulfuroso con un RH de 65% o mayor.

El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la corrosin por humedad atmosfrica o condenacin y

puede utilizarse en atmsferas oxidantes o reductora.

Termopar Tipo T

Termoelemento positivo: Ni84,4%, Cr14,2%, Si1,4%

Termoelemento negativo: Ni95,45% Si4,40%, Mg0,15%


Adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a laoxidacin de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que sonms caros.

Termopar Tipo N


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Los pares de calibracin S se utilizan para medidas de temperatura industrial y como patrones primarios. Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10%

Termoelemento negativo: Pt100%


Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 C, pero su baja sensibilidad y su elevado preciolo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general.

Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibracin universal del punto de fusin del oro(1064,43 C).

Excelente resistencia a la oxidacin.

Nunca deben insertarse directamente en tubos de proteccin metlicos, pero s en tubos con proteccin decermica. Fabricado con almina (Al2O3) de alto contenido de pureza.

Para temperaturas superiores a 1500C se utilizan tubos de proteccin de platino.

Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas inferiores a 0C.

Por encima de 1400C ocurre crecimiento de granulaciones que los dejan quebradizos.

Las atmsferas con gases reductores como el hidrgeno atacarn al termopar.

Gran aceptacin en las aplicaciones industriales de alta temperatura debido a su elevado poder termoelctrico enestas condiciones.

Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%.

Termoelemento negativo: Pt100%.


Adecuados para la medicin de temperaturas de hasta 1.300 C. Su baja sensibilidad (10 V/C) y su elevadoprecio quitan su atractivo.



Termopar Tipo S

Termopar Tipo R


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Utilizado en la industria para temperaturas ms elevadas ya que con la aleacin de Pt-Rh selogra que su temperatura de fusin se eleve y por lo tanto puede emplearse hasta temperaturasmayores.

Termoelemento positivo: Pt70,4%, Rh29,6%.Termoelemento negativo: Pt93,9%, Rh6,1%.

Adecuados para la medicin de altas temperaturas superiores a 1.800 C.

F.E.M. producida: 0,000 mV/C a 13,820 mV/C.

Presentan el mismo resultado a 0 C y 42 C.



Otro contaminador que afecta a la calibracin atacando al par es el slice.

El slice se encuentra en todos los tubos de carburo de silicio, tubos y aisladores de silimanita,que son los mas comnmente usados con esta clase de pares por su economa.

Para evitar el ataque de atmsferas reductoras y contaminacin del Slice en el extremo mas altode la gama de temperaturas, deben utilizarse tubos protectores de Alminia recristalizada yvitrificada entre el 97 y 99% de Alumina Pura.

Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza con suficiente "espacio para respiracin.

Termopar Tipo R, S y B

Termopar Tipo B


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TIPOS DE TERMOPARES

Los termopares tipo R, S y E se emplean en atmsferas oxidantes y temperaturas de trabajo de

hasta 1500C. Si la atmsfera es reductora, el termopar debe protegerse con un tubo cermico

estanco.

El material del tubo de proteccin debe ser el adecuado para el proceso donde se aplique y suele

ser de hierro o acero sin soldaduras, acero inoxidable, iconel, carburo de silicio, etc...


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Curvas Caractersticas Termopares


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Cables de Extensin y Compensacin

Tipos:

-Cables de Extensin para Termopares

-Cables de Compensacin para TP

-Cables de Compensacin para RTDs


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Cables de Extensin y Compensacin


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Tabla de Colores

Termopares

Cables de Extensin

Cables de Compensacin


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Cdigo de Colores


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Cpsulas


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Transm isores de temperatura para Termopares

Calibradores


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RTDsResistance Temperature Detectors


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150.0

138.5

100.0

050.0 100.0

R (Ohms)

T (C)

R = 0.385*T + 100



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Termopozos (Thermowel ls )

Un thermowell o pozo

trmico, constituye un sistema

de montaje o proteccin para

sensores de temperatura de

tipo RTD, termopar o termistor.

Protege el bulbo -.Los termopozos correctos reducirn la

posibilidad de dao al instrumento de temperatura que puede

causarse por la presin, corrosin, velocidad del fluido, flujo

abrasivo ,etc. Adems este instrumento nos permite retirar el

sensor para reemplazo o mantenimiento sin cerrar o detener el

proceso


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Termistores

1. Mezcla de xidos en polvo comprimidos

2 y 3. Electrodos de contacto

4 y 5. Terminales de conexin

6. Cpsula o recubrimiento epxico

Un termistor es un semiconductor que vara el valor de su

resistencia elctrica en funcin de la temperatura. Existen dos

clases de termistores: NTC y PTC.


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Term isto res NTC y PTC

Termistor NTC

Un Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida

que aumenta la temperatura. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo

semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rpidamente con la

temperatura.

Se emplean en su fabricacin xidos semiconductores de nquel, zinc, cobalto, etc.

La relacin entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial:

Donde A y B son constantes que dependen del termistor.


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Termistor PTC (Posit ive Temperature Coeff icient)

Es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida

que aumenta la temperatura.

Apl icaciones: restringidas a un determinado margen de

temperaturas: limitacin de corriente, sensor de temperatura,

desmagnetizacin y para la proteccin contra el recalentamientode equipos tales como motores elctricos, en indicadores de nivel,

para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como

resistores de compensacin.

El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse

eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la

temperatura llega a ser demasiado alta.

Term isto res NTC y PTC


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Pirmetros

Pirmetros

Los pirmetros son aparatos idneos para realizar mediciones de precisin de temperaturas sincontacto. Gracias a su mecanismo ptico, estos pirmetros son una herramienta segura paramedir temperaturas con precisin. Los pirmetros infrarrojos estn especialmente indicados paraaplicaciones en las que no se pueden utilizar los sensores convencionales. Este es el caso deobjetos en movimiento o lugares de medicin donde se requiere una medicin sin contactodebido a posibles contaminaciones u otras influencias negativas.

Daniel Gamero Paz

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