Sensores de Temperatura 2014 1

Sensores de Temperatura

Instrumentacin industrial


SENSORES DE TEMPERATURA

Calor Sensible

Escalas de Temperatura

Son instrumentos

especialmente diseados

para detectar esta

manifestacin energtica y

convertirla en una seal

elctrica representativa.

m

Calor Ganado o Perdido

por un cuerpo


Fenmenos asociados a la medicin de

temperatura:

Variaciones en volumen o estado de los cuerpos(slidos, lquidos o gases)

Variacin de resistencia de un conductor(sondas de resistencia)

Variacin de la resistencia de un semiconductor(termistor)

Fuerza electromotriz creada en la unin de dos metales distintos (termopar)

Intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo ( pirmetros)

Variaciones en volumen


Termmetro de vidrio

Consta de un deposito de vidrio que contiene por ejemplo mercurio y que al calentarse se expande y sube en el tubo

capilar.

Los mrgenes de los fluidos empleados son:

Mercurio -35 hasta 280 grados Celsius.

Pentano -200 hasta 20 grados Celsius.

Alcohol -110 hasta 50 grados Celsius.

Tolueno -70 hasta 100 grados Celsius.


Termmetro Bimetlico

Se basan en distintos coeficientes de dilatacin de 2 metales diferentes. Las lminas bimetlicas pueden ser

rectas curvas formando espirales o hlices.

La precisin de este instrumento es de 1% y el campo de medida de -200 hasta 500 grados


Termmetro de bulbo o capilar

Consisten en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia el gas o el

liquido se expande y al espiral tiende a desenrollarse

moviendo la aguja sobre la escala


Las clases de este tipo de termmetro son:

Clase 1:termmetros actuados por lquidos

Clase 2: termmetros actuados por lquido voltil

Clase 2a: Cuando la temperatura del bulbo esta encima de la temperatura ambiente

Clase 2b: la temperatura del bulbo es menor que la del ambiente

Clase 2c: Cuando la temperatura del bulbo puede estar por encima o debajo de la temperatura ambiente

Clase 2d: cuando se introduce un liquido no voltil para transmitir la presin del vapor.

Clase 3: termmetros actuados por gas (nitrgeno)

Clase 4: termmetros actuados por mercurio

Variaciones de Resistencia


Resistencia vs Temperatura


Incremento de resistencia en funcin a la

temperatura


RTDs Resistance Temperature Detectors

(1 )oR R t

21/05/2014 PEPP IACP 14

Estilos de las RTD

Elemento RTD

Elemento de superficie RTD

Sonda RTD


21/05/2014 PEPP IACP 15

Caractersticas principales de las RTD

Material del elemento resistivo; Pt, Ni, Cu, Tu, Ir. Coeficiente de temperatura : Cambio promedio de la

resistencia entre 0 y 100C. Segn IEC 0.00385 (Debe ser alto)

Resistencia nominal: Para Pt 100 es 100 a 0C. Rango de aplicacin: Depende de la construccin mecnica -

250 a 850C.

Alta resistividad: mayor variacin por grado.

Relacin lineal.

Rigidez y ductilidad.

Estabilidad de las caractersticas.


150.0

138.5

100.0

0 50.0 100.0

R (Ohms)

T (C)

R = 0.385*T + 100



Puente balanceado por corriente

Termopozos (Thermowells )

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


21/05/2014 PEPP IACP 24

Modelos de termopozos

21/05/2014 PEPP IACP 25

Tabla de resistencia temperatura Clase A

21/05/2014 PEPP IACP 26

Tabla de resistencia temperatura Clase B


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.


TERMISTORES

Semiconductor con bajo/moderado dopado

Aumento de temperatura produce ms portadores. Menor resistencia NTC (Negative Temperature Coefficient ).

Semiconductor fuertemente dopado

Aumento de temperatura produce ms colisiones. Mayor resistencia PTC


Termistores 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.


Termistor PTC (Positive Temperature Coefficient)

Es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida

que aumenta la temperatura.

Aplicaciones: restringidas a un determinado margen de

temperaturas: limitacin de corriente, sensor de temperatura,

desmagnetizacin y para la proteccin contra el recalentamiento

de 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.

Termistores NTC y PTC

Fuerza electromotriz por unin

de dos metales distintos

(termopar)


Termopar

Se basa en el efecto Seebeck: La circulacin de una corriente en un circuito formado por 2 metales diferentes cuyas uniones se

mantienen a distinta temperatura.


La circulacin de corriente obedece a 2 efectos :

Efecto Peltier: liberacin o absorcin de calor en la unin de dos metales distintos cuando

una corriente circula a travs de la unin.

Efecto Thomson: liberacin o absorcin de calor cuando una corriente circula a travs de

un metal homogneo en el que existe un

gradiente de temperatura.

Termopares

El Efecto Seebeck

eAB = Voltaje Seebeck

Termopar del tipo K E

J

K

R

S

T


Leyes Empricas de los Termopares

Ley de los Metales Intermedios

Ley de las Temperaturas Interiores

Un tercer metal insertado entre otros

dos metales diferentes no tendr

ningn efecto sobre la diferencia de

potencial de salida, siempre que las dos

uniones formadas por el metal adicional

se encuentren a la misma temperatura.

Una unin formada con dos metales

iguales no generar diferencia de

potencial alguna, ello sin importar el

grado de calor aplicado 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.


Ley de los Metales Insertados

Leyes Empricas de los Termopares

Un conductor de un metal dismil inserto dentro de otro

conductor diferente no generar una diferencia de potencial

que altere la diferencia de potencial de salida, siempre y

cuando ambas uniones se encuentren a la misma temperatura.


Medicin prctica de temperatura utilizando termopares

Voltmetro


Termopares

ALEACIONES

DE TERMOELEMENTOS


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

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. Excelente resistencia a la oxidacin. Las atmsferas con gases reductores como el hidrgeno atacarn al termopar.

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 alto de la gama de temperaturas, deben utilizarse tubos protectores de Alminia recristalizada y vitrificada 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


Curvas Caractersticas Termopares


Cables de Extensin y Compensacin


Cables de Extensin y Compensacin

Tipos:

-Cables de Extensin para Termopares

-Cables de Compensacin para TP

-Cables de Compensacin para RTDs


Tabla de Colores

Termopares

Cables de Extensin

Cables de Compensacin


Cdigo de Colores


Cpsulas


Transmisores de temperatura para Termopares

Calibradores

Intensidad de la radiacin total emitida

por el cuerpo


Pirmetros

Pirmetros

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

Daniel Gamero Paz


Pirmetros de radiacin

Se fundamentan en la ley de Stefan Boltzmann que dice que la intensidad de energa radiante emitida por la superficie de un

cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la

temperatura absoluta del cuerpo

= Constante de Boltzmann (5.67 10-8 W / m2 K4)

A = rea de superficie

4W AT


En otras palabras miden la temperatura de un cuerpo a distancia en funcin de su radiacin

Los instrumentos que miden la temperatura de un cuerpo en funcin de la radiacin luminosa se denominan pirmetros pticos de

radiacin parcial y los que miden la temperatura captando toda o

una gran parte de la radiacin emitida por el cuerpo se denominan

pirmetros de radiacin total


Pirmetro de radiacin total

Aqu es necesaria la compensacin de la temperatura ambiente.

Estos pirmetros dependen del coeficiente de emisin del cuerpo.

Una mejora es el reflectmetro a laser. La ventaja de este equipo es que puede medir la emisividad del cuerpo, la temperatura y la

longitud de onda del pirmetro corrigiendo constantemente la

temperatura


Pirmetros pticos

Se basan en la ley de distribucin de la radiacin trmica de Wien.

lm = A / T, donde A = 0.2897 si lm viene en cm.

La longitud de onda correspondiente al mximo de potencia irradiada en forma de radiaciones comprendidas en un intervalo

infinitamente pequeo de longitudes de onda es inversamente

proporcional a la temperatura del cuerpo negro.

Se basan en la desaparicin del filamento de una lmpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado


Pueden ser de 2 tipos: De corriente variable en la lmpara De corriente constante en la lmpara con variacin del brillo de la imagen de la fuente


Pirmetros infrarrojos

Captan la radiacin infrarroja del cuerpo, pudiendo medir temperaturas por debajo de 700 grados Celsius supliendo al

pirmetro ptico que solo puede trabajar eficazmente a

temperaturas superiores a 700 grados


Principio de Funcionamiento

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