temperatura 2 1
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SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA
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I. INTRODUCCION
Podría decirse que la instrumentación trata las técnicas, recursos y métodos
relacionados en la concepción de dispositivos para mejorar o aumentar la eficacia
de los mecanismos de percepción y comunicación del hombre. La instrumentación
comprende dos campos principales: instrumentación e instrumentación de control.
En general, en el diseño de los sistemas de medida la atención se centra en el
tratamiento de las señales o magnitudes de entrada, mientras que en los sistemas
de control se da especial importancia al tratamiento de señales de salida. En el
primer caso son de interés los captadores o sensores y transductores, mientras que
en el segundo los dispositivos más relevantes son los accionadores o actuadores.
De hecho, en muchos sistemas coexisten equipos de captación y medida de
diversos parámetros con equipos de accionamiento que, directa o indirectamente,
influyen de algún modo sobre dichos parámetros de acuerdo con criterios de
tratamiento de datos preestablecidos. La recogida de datos en sistemas de gran
complejidad, en donde el tratamiento matemático es realizado por un equipo
central, se resuelve recurriendo a procedimientos de exploración cíclica o
multiplexado por razones económicas y de capacidad de las instalaciones. Para la
realización de este proceso, suelen utilizarse conmutadores de estado sólido que
transfieren la información de cada uno de los varios canales de entrada a un canal
de salida compartido asociado con el equipo de tratamiento principal, Estos
dispositivos de conmutación, en diferentes versiones, existen como circuitos
integrados o híbridos digitales y analógicos.
La temperatura es una de las magnitudes físicas que más se miden. Los sensores de
temperatura convierten una magnitud física en una resistencia o tensión eléctrica.
El uso de sensores de temperatura es muy amplio. Sea que se trate de la
temperatura ambiental en la casa o en la oficina o la temperatura precisa de un
material en proceso de ebullición, la medición de temperatura en el ámbito privado
o industrial es muy importante. Los sensores de temperatura usan diferentes
efectos físicos para convertir la temperatura en una magnitud eléctrica. Los
sensores de resistencia cambian su resistencia eléctrica al cambiar la temperatura.
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II. MARCO TEORICO:
La temperatura es una de las magnitudes físicas que más se miden. Los sensores de
temperatura convierten una magnitud física en una resistencia o tensión eléctrica.
El uso de sensores de temperatura es muy amplio. Sea que se trate de la
temperatura ambiental en la casa o en la oficina o la temperatura precisa de un
material en proceso de ebullición, la medición de temperatura en el ámbito privado
o industrial es muy importante. Los sensores de temperatura usan diferentes
efectos físicos para convertir la temperatura en una magnitud eléctrica. Los
sensores de resistencia cambian su resistencia eléctrica al cambiar la temperatura.
Como la curva característica no es siempre lineal, la electrónica debe hacer tales
correcciones para adquirir la mayor precisión posible. Un sensor de resistencia muy
común es el Pt100. El sensor es de platino y tiene una resistencia de 100 ohmios a 0
°C. Por otro lado, los termoelementos usan el denominado efecto Seebeck. Este
efecto causan una tensión continua en las conexiones. Como este se encuentra sólo
en el rango µV y además es necesario conocer con precisión la temperatura en el
punto de medición, la medición con termoelementos es bastante imprecisa. Sin
embargo, ofrece ventajas como un tiempo de respuesta corto y permite medir
temperaturas muy altas. Los termoelementos pueden ser fabricados de diferentes
materiales. Algunos tipos se identifican con letras. (Por ejemplo, tipo K, tipo J, etc).
La diferencia radica en por ejemplo, los rangos de medición.
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2.1. CLASIFICACION
En la actualidad hay muchas formas de medir la temperatura con todo tipo de
sensores de diversas naturalezas. La ingeniería de control de procesos ha
inventado, perfeccionado e innovado a la hora de disponer de sensores que les
ayuden a controlar los cambios de temperatura en procesos industriales. La
siguiente tabla podría dar una muestra de la gran variedad de dispositivos capaces
de medir la temperatura:
A pesar de que en la anterior tabla no están reflejados todos los tipos de sensores
de temperatura existentes, sí podríamos centrarnos en hablar de unos cuántos
verdaderamente extendidos en la industria, y en especial, de los que podríamos
usar en circuitos electrónicos junto con micro controladores y otros sistemas
electrónicos digitales para conseguir unos determinados resultados para los que
conjuntamos todos los dispositivos que acabamos de mencionar.
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Sin duda son los sensores de tipo eléctrico los que más extensión tiene hoy día en la medición
de temperatura. Cada uno de este tipo de sensores tienen unas cualidades especiales que los
convierten en más convenientes para un determinado proceso u objetivo.
2.1.1. TERMOCUPLAS
Un termopar es un dispositivo capaz de convertir la energía calorífica en energía
eléctrica. Su funcionamiento se basa en los descubrimientos hechos por Thomas
Seebeck en 1821 cuando hizo circular corriente eléctrica en un circuito, formado por
dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a diferentes temperaturas, esta
circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el
efecto Peltier que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos
metales diferentes cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto
Thompson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente
circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de
temperaturas.
El principio de medición de temperatura utilizando termocuplas se basa en tres
principios físicos, que son:
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Efecto Seebeck
Cuando las uniones de dos conductores se unen por sus extremos para formar un
circuito se manifiesta un flujo de calor y un flujo de electrones conocido como
corriente Seebeck.
La fuerza electromotriz (FEM) que genera la corriente se conoce como fuerza
electromotriz de termopar o tensión Seebeck.
El coeficiente Seebeck (S) se define como la derivada de dicha tensión (E) con
respecto a la temperatura (T): 𝑆 =𝑑𝐸
𝑑𝑇
Efecto Peltier
Descubierto por Jean C. A. Peltier en 1834, consiste en el calentamiento o
enfriamiento de una unión entre dos metales distintos al pasar corriente por
ella. Al invertir el sentido de la corriente se invierte también el sentido del flujo
de calor. Este efecto es reversible e independiente del contacto. Depende sólo
de la composición y de la temperatura de la unión.
Efecto de Thompson
Descubierto por William Thompson (Lord Kelvin) en 1847-54, consiste en la
absorción o liberación de calor por parte de un conductor homogéneo con
temperatura no homogénea por el que circula una corriente. El calor liberado
es proporcional a la corriente y por ello, cambia de signo al hacerlo el sentido
de la corriente. Se absorbe calor si la corriente y el calor fluyen en direcciones
opuestas, y se libera calor si fluyen en la misma dirección.
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Las termocuplas son el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente.
Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo
(fusionados generalmente). Al aplicar calor en la unión de los metales se genera un
voltaje muy pequeño del orden de los milivolts el cual aumenta al aumentar la
temperatura.
Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentro de un
tubo de acero inoxidable u otro material (vaina), en un extremo está la unión y en el
otro el terminal eléctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de
aluminio (cabezal).
La elección de los alambres para termocuplas se hace de forma que tengan una
resistencia adecuada a la corrosión, a la oxidación, a la reducción y a la cristalización,
que desarrollen una F.E.M relativamente alta, que sean estables, de bajo costo y de
baja resistencia eléctrica y que la relación entre la temperatura y la F.E.M sea tal que
el aumento de ésta sea (aproximadamente) paralelo al aumento de la temperatura.
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Tipo Intervalo de medida
Tipo E, Cromel – Constantán -200 a 900 ºC
Tipo T, Cobre – Constantán -250 a 400 ºC
Tipo J, Hierro – Constantán -180 a 750 ºC
Tipo K, Cromel (Nickel/Cromo) – Alumel (Nickel/Aluminio)
-180 a 1372 ºC
Tipo R, 87% Platino/13% Rhodio – 100% Platino 0 a 1767 ºC
Tipo S, 90% Platino/10% Rhodio – 100% Platino 0 a 1767 ºC
Tabla 1. Termocuplas más comunes, y el intervalo de medida de temperatura
Cromel - Constantán (E)
Puede usarse en vacío o en atmósfera inerte o medianamente oxidante o
reductora. Esta termocupla posee la f.e.m. más alta por variación de
temperatura.
Cobre - Constantán (T)
Tiene una elevada resistencia a la corrosión en atmósferas húmedas. Pueden
ser usados en atmósferas reductoras y oxidantes.
Hierro - Constantán (J)
Son recomendables para usarse en atmósferas donde existe deficiencia de
oxigeno libre. Son recomendables ampliamente en atmósferas reductoras.
Como tienen un precio relativamente bajo son muy usadas para la medición de
temperaturas dentro de su rango recomendado.
Cromel - Alumel (K)
Este tipo de termopares presta un servicio óptimo en atmósferas oxidantes
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aunque también se puede usar en atmósferas reductoras o alternativamente
oxidantes o reductoras, siempre y cuando se use un tubo de protección
apropiado y ventilado.
Platino - Radio (R y S)
Si se cuenta con una protección adecuada sirven para la medición de
temperaturas muy altas en atmósferas oxidantes. Estos termopares se
contaminan con facilidad cuando se usan en cualquier otra atmósfera por lo
que deben ser tomadas algunas precauciones en el caso de usarse en estas
condiciones, mediante tubos de protección adecuados. Los vapores metálicos,
el hidrogeno y los silicones son veneno para este tipo de termopares.
Sus precios, comparando con los demás termopares discutidos son más altos y
su f.e.m. son pequeñas por lo que la aplicación de este tipo de termopares
esta restringida a altas temperaturas.
ELEGIR UN SENSOR DE TEMPERATURA
Hay muchos sensores que pueden medir temperatura. La elección depende de un
número de factores incluyendo: la precisión, el rango de temperaturas, el acceso al
punto del interés, la velocidad de respuesta, el entorno (producto químico, físico,
eléctrico) y la rentabilidad. Seleccionar el sensor apropiado no es siempre fácil. Un
método es seguir el ejemplo de otros en el campo. Los tipos de sensores particulares
casi se convierten en tradiciones en un campo (aunque no siempre es el más
apropiado).
La tabla siguiente puede proporcionar una guía:
Campo Sensores Tradicionales
Investigación Agrícola Termistor, Termopar Tipo T, Semiconductor
Automóvil
Termistor, Pt100, Bimetálico
Procesos Químicos y de los Materiales
Pt100, Termopar
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Criogénicos
Resistencia de Óxido de Metal
Investigación Ambiental
Termistor, Termopar Tipo T, Pt100, Semiconductor
Industria General
Pt100
Educación, Pasatiempos
Semiconductor, Termistor, Termopar Tipo T, Pintura
Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado
Ni1000, Termistor, Pt100, Pintura
En Productos Manufacturados
Semiconductor, Termistor, Pt100
Metalúrgica
Termopar Tipo K o N
Tabla 2. Relación de Sensores Tradicionales según Campo
Un buen punto de partida es definir los requisitos siguientes:
La precisión y la resolución requerida.
La necesidad de sustituir y/o reemplazar el sensor.
El rango de temperaturas.
La capacidad de medida del equipo.
El coste.
Si la calibración individual es práctica.
Compatibilidad media y otras cuestiones ambientales que pudieran afectar a la fiabilidad y la conservación de los sensores.
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La tabla siguiente proporciona una comparación aproximada entre los tipos de
sensores de temperatura:
Tipo Sensor Salida Rango ºC Precisión ± ºC Robustez Coste
Termopar
40 µV/ºC -270 a 2300 1.5 Alta
Bajo
RTD platino
0.4 %/ºC
-200 a 600
0.2
Media
Medio
RTD níquel
0.4 %/ºC
-200 a 600
0.3
Media
Bajo
Termistor
5 %/ºC
-50 a 200
0.2
Alta
Medio
Semiconductor
10 mV/ºC o 1 µA/ºC
-40 a 125
1.5
Madia
Bajo
No Contacto
milivoltios
0 a 6000+
2
Baja
Alto
Fibra óptica
vario
s
-100 a 200
1
Media
Muy alto
Criogénico
varios
-273.15 a -200
varios, o ±
0.001
Varias
Varios
Bimetálico
desplazamiento
-100 a 300
2
Alta
Bajo
Pintura
Cambio de color
-30 a 1200
1 a 20
Media
Bajo
Tabla 3. Comparación entre tipos de sensores de temperatura
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CÓDIGO DE COLORES
El propósito es establecer uniformidad en la designación de los termopares y cables de extensión, por me- dio de colores en sus aislamientos e identificar su tipo o composición así como su polaridad
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Tabla 4.Termopares TC FEM Vs. Temperatura
Usos típicos en la industria
En aplicaciones industriales, la elección de los materiales empleados para fabricar
un termopar depende del rango de temperatura que se va a medir, del tipo de
atmósfera a la que estará expuesto el material y de la precisión requerida en la
medición. El material de los termopares se debe seleccionar por su buena
resistencia a la oxidación y la corrosión en la atmósfera y el rango de temperatura a
que se va a usar, por su resistencia al cambio de características que afecten su
calibración, por estar libres de corrientes parásitas y por permitir la consistencia en
las lecturas dentro de los límites de precisión requeridos.
Existen varias combinaciones de metales que producen buenos termopares para
usos industriales, deben ser capaces de desarrollar una fuerza electromotriz por
grado de cambio de temperatura que se pueda detectar con instrumentos estándar
de medición y en muchas aplicaciones, deben ser suficientemente fuertes desde el
punto de vista físico para soportar altas temperaturas, cambios rápidos de estas y el
efecto de atmósferas corrosivas y reductoras.
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Se usan en la industria textil para medir temperaturas en los tejidos, en la industria
alimenticia para medir la temperatura en los procesos de fermentación, en la
industria metalúrgica, hornos cementeros, calderas, laboratorios, industria cerámica
y vidrio, etc
Las termocuplas tipo J se usan principalmente en la industria del plástico, goma
(extrusión e inyección) y fundición de metales a bajas temperaturas (Zamac,
Aluminio).
La termocupla Tipo J es la conocida como la termocupla hierro - constantán. El
hierro es el conductor positivo, mientras que para el conductor negativo se recurre
a una aleación de 55 % de cobre y 45 % de níquel (constantán).
Las termocuplas Tipo J resultan satisfactorias para uso continuo en atmósferas
oxidantes, reductoras e inertes y en vacío hasta 760º C. Por encima de 540º C, el
alambre de hierro se oxida rápidamente, requiriéndose entonces alambre de mayor
diámetro para extender su vida en servicio. La ventaja fundamental de la
termocupla Tipo J es su bajo costo.
La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas menores de 1300 ºC, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos.
Termocupla Tipo K probeta Aplicaciones principales: calderos, sistemas de vapor, hornos, sistemas de refrigeración, aire acondicionado, etc. Características: Material de la probeta: Acero Inoxidable Temperatura de Operación: -100 a 1000 grados centígrados Tipo de rosca: 3/8″NPT Diámetro de tornillo de conexión: 8mm/0.31″ Longitud de la probeta: 50mm/1.96″ Diametro de la probeta: 5mm/0.19″ Longitud del cable: 2m/78.74″ Peso: 42g
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Termocupla Tipo K Tornillo Aplicaciones principales: calderos, sistemas de vapor, resistencias de calentamiento, sistemas de combustión, hornos de pan, hornos de pintura, etc. Características: Temperatura de operación: 0-800°c blindaje externo: acero inoxidable aislamiento interno: fibra de vidrio uso mediante controladores de temperatura, PLC, arduino y otros. Longitud del cable: 2 metros peso: 30g
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Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusivamente en la industria siderúrgica (fundición de acero).
Finalmente las tipos T eran usadas hace algún tiempo en la industria de alimentos, pero han sido desplazadas en esta aplicación por los Pt100.
FORMA DE HACER LECTURAS
Como medir temperatura con un voltímetro
Medir con el voltímetro el voltaje que entrega la termocupla por ej. V.
Medir la temperatura de ambiente Ta (temperatura del contacto de las
puntas del voltímetro con los cables de la termocupla). Ver en una tabla de
termocuplas que voltaje corresponde a la temperatura.
Procedimiento exacto
Sea por ej. Vab (Ta).
Hacer la suma de los 2 volates obtenidos Vab (T) = V + Vab (Ta) y ver en la
tabla a que temperatura corresponde.
Esta será la temperatura real a la que está sometida la termocupla.
Por ejemplo:
Se mide en una termocupla J un voltaje de 10.84 mV.
Si la temperatura de ambiente en los contactos es 25 °C, entonces en la tabla
esto corresponde a 1.277 mV.
Luego Vab (T) = 10.84 + 1.277 = 12.117mV, esto según la tabla corresponde
a 224°C
Procedimiento aproximado pero simple
Medir con el voltímetro el voltaje que entrega la termocupla. 2- Ahora ver
en una tabla de termocuplas a que temperatura corresponde el voltaje.
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Sumarle a esta temperatura encontrada en la tabla, la temperatura de
ambiente (temperatura del contacto de las puntas del voltímetro con los
cables de la termocupla) para hacer la compensación de cero. Por ejemplo:
Se mide en una termocupla J un voltaje de 10.84 mV.
En la tabla de termocupla J se encuentra que para 10.84 mV, lo más
aproximado es 10.832 mV que corresponden a 201 °C.
Si la temperatura de ambiente en los contactos es 25 °C aprox., entonces
la temperatura medida es 226°C (25°C + 201°C)
La diferencia obtenida con los mismos valores para ambos procedimientos es
mucho mayor en el caso de termocuplas B, S y R
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2.1.2. TERMO RESISTENCIAS
Una termorresistencia es un dispositivo que varía su resistencia con la temperatura.
Suele denominarse RTD (Resistive temperature detector) por sus siglas en ingles.
El símbolo que la caracteriza es:
El símbolo sin flecha indica que la variación es intrínseca por la característica resistiva,
no por manipulación manual.
Termorresistencia, consiste en una resistencia especialmente diseñada para
trabajar según el principio de que en la medida que varía la temperatura, su
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resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación puede
relacionarse con la variación de temperatura.
Conocidas también como termómetros de resistencia, las termorresistencias
de uso más común se fabrican de alambres finos soportados por unos
materiales aislantes y luego encapsulados. El elemento encapsulado se
inserta luego dentro de una vaina o tubo metálico cerrado en un extremo
que se llena con un polvo aislante y se sella con cemento para impedir que
absorba humedad.
- FUNDAMENTO
El principio de medición de la temperatura con termorresistencias está basado en la
variación de valor de la resistencia eléctrica de un conductor metálico en función de la
temperatura. De una forma aproximada, pero no por ello lejos de lo real, la variación de
la resistencia eléctrica de un metal a raíz de la temperatura puede presentarse
mediante la expresión:
Donde:
- es la resistencia a la temperatura de referencia
- es la desviación de temperatura respecto a
- es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 °C,
interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura
RTD de dos conductores: Es la configuración más simple y menos costosa. El
aplicar este dispositivo proporciona una medida de temperatura acertada
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cuando el dispositivo receptor se encuentra conectado directamente al
receptor, sin utilizar cables de extensión.
Figura : Configuración de dos hilos.
RTD de tres conductores: La sonda se encuentra conectada mediante tres hilos
al puente. De esta forma, la temperatura ni la longitud de los cables afectan la
medida. Esta configuración también se encuentra sujeta a corrosión
Figura : Configuración de tres hilos.
RTD de cuatro conductores: Se utiliza para obtener la mayor precisión posible
en la medida, como en el caso de los convertidores digitales de temperatura o la
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calibración de patrones de resistencias. Se pueden utilizar conductores de
menor calibre, ya que no hay problema con la resistencia del cable.
Figura : Configuración de cuatro hilos.
- APLICACIÓN
El uso de este tipo de sonda, es especialmente recomendado en aquellos procesos en
los que las temperaturas a medir no son elevadas (hasta los 200ºC aprox.) , e incluso
bajo cero, y cuando la precisión en la medida sea un factor importante a considerar,
puesto que son más precisas que los termopares, aunque por el contrario su velocidad
de respuesta es menor. Hay que tener en cuenta, a la hora de decidir su aplicación, que
son más frágiles y sensibles a esfuerzos mecánicos o vibraciones que los termopares.
Los metales que se emplean para aplicaciones industriales, son dos básicamente:
• Níquel
Para una gama de medición de -60.....a.....180ºc
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• Platino
Para una gama de medición de –220...a...630ºc
Las termorresistencias se pueden usar sobre un rango de temperatura de –220 °C a
+600 °C.
Sus ventajas son las siguientes:
• Rangos de alta temperatura
• Resistencia a la vibración
• Alta inmunidad a interferencias eléctricas
• Estabilidad a largo plazo
• Diseño robusto
• Alta precisión
Las termorresistencias se utilizan en las siguientes industrias:
• Industrias químicas
• Industrias petroquímicas
• Industrias farmacéuticas
• Generación de energía
• Ingeniería mecánica
• Alimentos y bebidas
•Minería
Las ventajas de utilizar este tipo de sensores es que tiene un margen de temperatura
muy amplio; como tienen una gran sensibilidad, las medidas son dadas con mucha
exactitud y repetitividad; presentan derivas en la medida de 0,1 ºC al año por lo que son
muy estables en el tiempo.
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Los inconvenientes son que el coste es más alto que el de los termopares o
termistores, también su tamaño será mayor limitando así su velocidad de reacción; son
frágiles ante vibraciones, golpes…; se autocalientan más.
Por tanto, los sensores RTD son los más apropiados para aplicaciones en las que la
exactitud de la medida es lo importante.
Las aplicaciones básicas son en industria para medir la temperatura de automóviles,
electrodomésticos, etcétera; en laboratorios de precisión; en ohmímetros y en
termómetros utilizados donde hay ambientes exigentes.
Medición de calidad en la gasolina y diesel.
Para prolongar la vida útil de los motores marinos diesel y gasolina, es importante
vigilar y controlar las temperaturas de los gases de escape, lo que requiere un sensor
de temperatura preciso. Los sensores RTD tienen una fuerte señal óhmica, no son
sensibles al ruido electrónico y no requieren cables especiales.
Figura : Sensor RTD.
Control de sistemas en computadores.
Estos dispositivos suelen ser utilizados como sistemas de control en computadores de
escritorio. Los microprocesadores actuales están compuestos por varias capas de
transistores a nivel de circuito integrado, generando un nivel de calor en el sistema que
puede llegar a ser tan alto que alcance a estropear los circuitos, si no se maneja una
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ventilación apropiada. Estos tipos de sensores se aplican de manera que cuando se
presente un nivel de temperatura alto, el sensor envíe una señal que apague el sistema.
- FORMA DE HACER LECTURAS
Los conductores metálicos cambian ligeramente su resistencia eléctrica cuando
cambian de temperatura; casi universalmente, se produce un aumento de resistencia
cuando aumenta la temperatura. Los semiconductores tienen el efecto contrario,
disminuyen notablemente la resistencia eléctrica con el aumento de la temperatura.
Para construir uno de estos termómetros se coloca la resistencia dentro de un cuerpo
para fabricar el sensor y se conectan a través de cables a un dispositivo de medir la
resistencia ya calibrado en grados de temperatura.
La magnitud del cambio de resistencia con la temperatura de ambos métodos es muy
diferente, los conductores cambian muy poco, por lo que el instrumento para medir el
cambio debe ser muy sensible, mientras que los semiconductores cambian mucho mas,
y el dispositivo de medición puede ser mas basto. Veamos: La figura muestra un
esquema eléctrico de los utilizados para la medición de temperatura con termo
resistencias de conductores.
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Para ello se construye un puente de Wheatstone como se muestra. Este circuito tiene
la propiedad de que si las cuatro resistencias son iguales (puente balanceado) el
voltímetro marca 0 voltios, pero si cambia el valor de una de ellas se refleja un valor de
voltaje en el instrumento.
Utilizando esta propiedad, se construye un puente con tres resistencias iguales y la
termo resistencia en la cuarta rama; el valor de la termo resistencia a temperatura cero,
de acuerdo a la escala a utilizar, es igual al de las tres resistencias restantes por lo que
el voltímetro marcara cero voltios, equivalente a cero grados de temperatura en la
escala.
Cuando cambie la temperatura cambiará el valor de la termo resistencia y se generará
un voltaje proporcional, si se calibra la escala directamente en grados de temperatura,
tendremos un termómetro.
2.1.3. TERMISTORES
- FUNDAMENTO
Los termistores, como RTDs, son semiconductores térmicamente
sensibles cuya resistencia varía con la temperatura. Los termistores están
fabricados con material de semiconductor de óxido de metal encapsulado
en una pieza de vidrio o epoxi. También, los termistores tienen valores de
resistencia nominal mucho más altos que los RTDs (desde 2,000 a 10,000
Ω) y pueden ser usados para bajas corrientes
Figura 1. Símbolo Común para Termistores
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Cada sensor tiene una resistencia nominal designada que varía proporcionalmente con
la temperatura de acuerdo a una aproximación alineada. Los termistores tienen ya sea
un coeficiente de temperatura negativo (NTC) o un coeficiente de temperatura positivo
(PTC). El primero, y el más común, tiene una resistencia que disminuye al aumentar la
temperatura y el segundo presenta mayor resistencia al aumentar la temperatura.
Puede usar termistores PTC como dispositivos de corriente limitada para protección de
circuitos (en lugar de fusibles) y como elementos de calentamiento en pequeños
hornos de temperatura controlada. En tanto, los termistores NTC, el tema principal de
este artículo, son usados principalmente para medir temperatura y son ampliamente
usados en termostatos digitales y en automóviles para monitorear temperaturas de
motor.
Los termistores generalmente tienen una sensibilidad muy alta (~200 Ω/°C), lo cual los
hace extremadamente susceptibles a los cambios de temperatura. A pesar de que
tienen un rango rápido de respuesta, los termistores están limitados para uso en un
rango de temperatura de 300 °C. Esto, junto con su alta resistencia nominal, ayuda a
proporcionar medidas precisas en aplicaciones de menor temperatura.
- APLICACIÓN
Un termistor PTC es un resistor que depende de la temperatura, son
fabricación de titanato de bario y deben elegirse cuando se requiere un
cambio drástico en la resistencia a una temperatura específica o nivel de
corriente. Los termistores PTCs puede operar en los siguientes modos:
Sensores de temperatura, en temperaturas que oscilan entre 60° C a 180° C,
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por ejemplo, para protección de los bobinados de motores eléctricos y
transformadores.
Fusible de estado sólido de protección contra el exceso de corriente, que
van desde mA a varios A (25° C ambiente) a niveles de tensión continua
superior a 600V, por ejemplo, fuentes de alimentación para una amplia
gama de equipos eléctricos. Sensor de nivel de líquidos.
- FORMA DE HACER LECTURAS
Ya que los termistores son dispositivos sensibles, usted debe administrarles una fuente
de excitación y luego leer el voltaje a través de sus terminales. Esta fuente debe ser
constante y precisa.
Usted realiza las medidas de temperatura al conectar el termistor de otro modo a un
canal de entrada analógica. En otras palabras, debe conectar ambas terminales +ve y –
ve del canal de entrada analógica a través del termistor.
Los termistores se venden en configuraciones de dos, tres o cuatro y pueden ser
conectados como se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Diagramas de Conexión de Dos, Tres y Cuatro Cables
Cuando hay más de dos cables, los cables adicionales son solamente para conectar a la
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fuente de excitación. Un método de conexión de tres o cuatro cables coloca las
terminales en una trayectoria de alta impedancia a través del dispositivo de medida,
disminuyendo de manera efectiva los errores causados por la resistencia de la terminal
del cable (RL).
La manera más fácil de conectar un termistor a un dispositivo de medida es con una
conexión de dos cables (ver Figura 3). Con este método, los dos cables que alimentan al
termistor con su fuente de excitación también se usan para medir el voltaje en el
sensor. Ya que los termistores tienen una alta resistencia nominal, la resistencia de la
terminal del cable no afecta la precisión de sus medidas; por lo tanto las medidas de
dos cables son adecuadas para los termistores y los termistores de dos cables son los
más comunes.
Figura 3. Conexión de Dos Cables
Conectar un Termistor a un Instrumento
Varios instrumentos ofrecen opciones similares para conectar termistores. Como un
ejemplo, considere un sistema NI CompactDAQ con un módulo NI 9215 de la Serie y un
chasis NI cDAQ-9172 (ver Figura 4).
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Figura 4. El Módulo de Entrada Analógica NI 9215 de la Serie C y un Chasis NI
CompactDAQ
Note la conexión diferencial en los diagramas de conexión en la Figura 5, donde dos
cables son sujetados al final del termistor y conectados a las terminales positiva y
negativa de un solo canal, en este caso los pines 0 y 1, respectivamente. Cuando se
establece la adquisición desde este tipo de sensor, tiene la opción de especificar la
corriente de excitación (IEX) o voltaje (VEX), dependiendo del tipo de fuente de
excitación que utilice.
Figura 5. Los Diagramas de Conexión NI 9215 para Termistores con Excitación Externa
desde una
(a) Fuente de Corriente IEX y (b) Fuente de Voltaje VEX
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La diferencia de voltaje en el resistor se lee como una temperatura. La relación entre el
voltaje en un resistor y la temperatura no es perfectamente lineal. El controlador NI-
DAQmx escala la resistencia de un termistor a una temperatura usando el termistor
Steinhart-Hart de aproximación de tercer orden:
donde T es la temperatura en Kelvin, R es la resistencia medida y A, B y C son
constantes proporcionados por el fabricante del termistor.
Para proporcionar excitación, puede usar fuentes externas como un módulo de salida
de voltaje o módulo de salida de corriente de la Serie C. Ya que la resistencia nominal de
un termistor es muy alta, necesita una fuente que pueda generar bajas corrientes de
manera precisa. Puede usar el módulo de salida analógica NI 9265 de la Serie C como
una fuente de excitación para el termistor y colocarlo en el mismo chasis NI cDAQ-9172
como el módulo de la Serie C que adquiere la lectura del termistor. El NI 9265 tiene un
rango de salida de 0 a 20 mA con resolución de 16 bits. Este módulo de salida en
particular también tiene la misma cantidad de canales como el módulo de salida
descrito para las lecturas de temperatura. Los pinouts para el módulo de salida de
corriente de la Serie C se muestran en la Figura 6.
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Figura 6. Conexiones de Terminal para el Módulo de Salida Analógica NI 9265
Consideraciones
Si no puede disipar el calor adicional, el calentamiento causado por la corriente de
excitación puede incrementar la temperatura del elemento de detección arriba de la
temperatura ambiente, causando un error en la lectura de la temperatura ambiente.
Usted puede minimizar los efectos de auto calentamiento al disminuir la corriente de
excitación.
Las señales emitidas por los termistores generalmente están en el rango de los
milivoltios, lo cual los hace sensibles al ruido. Los filtros paso bajo se utilizan
comúnmente en los sistemas de adquisición de datos de termistores para eliminar de
manera efectiva el ruido de alta frecuencia en medidas de termistores. Por ejemplo, los
filtros paso bajo son útiles para eliminar el ruido de línea de potencia de 60 Hz que se
presenta comúnmente en la mayoría de los laboratorios y plantas
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2.1.4. DIODOS
Una de las prestaciones que le podemos dar a un diodo cualquiera es hacerlo funcionar como sensor de temperatura. Para esto lo que tenemos q hacer es conocer la corriente de saturación inversa que circula por el diodo conociendo así esto, y teniendo otros parámetro, podemos encontrar el voltaje de juntura que tiene este a determinada temperatura y mediante el uso de amplificadores operacionales podemos armar un acondicionador el cual nos permitirá conocer el voltaje que este nos proporciona a una determinada temperatura.
El voltaje sobre un diodo conduciendo corriente en directo tiene un coeficiente de temperatura de alrededor de 2,3 mV/°C y la variación, dentro de un rango, es razonablemente lineal. Se debe establecer una corriente básica de excitación, y lo mejor es utilizar una fuente de corriente constante, o sino un resistor conectado a una fuente estable de voltaje.
- FUNDAMENTO
La mayoría de los semiconductores sensores de temperatura se basan en la
variación de dos cantidades sensibles a la temperatura como son: el voltaje
de polarización directa de una unión p-n y la resistencia propia del silicio
sometido a algún proceso de dopaje. Thrietley afirma que la variación de
ambos es aproximadamente lineal.
Una unión p-n (ya sea un diodo o la unión base-
emisor de un transitor) requiere 0.7V a una
temperatura de 25°C cuando está polarizado
directamente. Conforme la temperatura aumenta,
este voltaje decrece en aproximadamente -2mV/°C.
De forma que los diodos y transitores se utilizan
algunas veces como sensores te temperatura,
especialmente en aplicaciones de compensación
donde la exactitud absoluta no es importante.
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- APLICACIÓN
Se puede usar un diodo semiconductor ordinario como sensor de
temperatura. Un diodo es el sensor de temperatura de menor costo que se
puede hallar, y a pesar de ser tan barato es capaz de producir resultados
más que satisfactorios. Sólo es necesario hacer una buena calibración y
mantener una corriente de excitación bien estable.
- FORMA DE HACER LECTURAS
Para esto lo que tenemos que hacer es conocer la corriente de saturación
inversa que circula por el diodo conociendo así esto, y teniendo otros
parámetro, podemos encontrar el voltaje de juntura que tiene este a
determinada temperatura y mediante el uso de amplificadores
operacionales podemos armar un acondicionador el cual nos permitirá
conocer el voltaje que este nos proporciona a una determinada
temperatura.
El voltaje en bornes Vd de un diodo depende tanto de la corriente Id que
circula por este como de la temperatura Td a la cual el diodo se encuentra.
Es decir Vd=Vd(Id,Td).
Por lo tanto, fijando la corriente, se logra que el voltaje Vd dependa
únicamente de la temperatura Td a la que se encuentra el diodo. Esto es:
Vd=Vd(Td). Se tiene además que la relación temperatura-voltaje Vd(Td) es
de tipo lineal (una recta).
De esta forma, si conocemos la pendiente de esta recta, se pueden medir
cambios en la temperatura a la cual se encuentra el diodo mediante la
medida de los cambios en el voltaje del diodo.
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2.1.5. SENSORES DE SILICIO CON EFECTO RESISTIVO
- FUNDAMENTO
- Los sensores de silicio, son circuitos integrados que aprovechan la variación
predecible del voltaje de la unión base-emisor (VBE) de los transistores
bipolares para realizar mediciones confiables y exactas de temperatura. Se
caracterizan por su pequeño tamaño y son especialmente apropiados para
aplicaciones de medición y control de temperatura en el rango de –55°C a
+150°C. Además, no requieren de etapas de linealización, amplificación ni
compensación externas debido a que incorporan en la misma pastilla sus
propios circuitos de procesamiento de señales.
Figura 6.Transductor de temperatura de silicio representativo. El dispositivo mostrado (LM56),
es fabricado por National Semiconductor (www.natsemi.com) detecta temperaturas entre –
55°C y + 150°C y ofrece una salida digital on-off.
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La mayoría de sensores de silicio proporcionan como salida un voltaje que
varía linealmente con la temperatura en grados Kelvin (°K), Celsius (°C) o
Fahrenheit (°F). Algunos ejemplos representativos son el LM34, el LM35, el
LM135 y el LM50, todos ellos de National Semiconductor y con una
sensibilidad nominal de 10 mV por grado. El LM50, en particular, tiene
incorporado intencionalmente un offset DC de +500 mV para facilitar la
medición de temperaturas negativas en sistemas de fuente sencilla.
También se dispone de sensores con salida por corriente. Dos ejemplos
reprensentativos son el LM334 y el AD590, cuyas sensibilidades típicas son 1
mA/°K y 1μA/°K, respectivamente.
La integración de circuitos de procesamiento en los sensores de
temperatura de silicio elimina también, en muchos casos, la necesidad de
comparadores o de convertidores A/D externos para convertir la salida
análoga a un nivel lógico o un código digital. Los sensores de salida por
comparador, en particular, son muy útiles para detectar condiciones de
falla, impulsar calefactores o enfriadores, y otras aplicaciones de control y
alarma. En la figura 8.19, por ejemplo, se muestra un sencillo circuito de
control para un ventilador utilizando un sensor de salida por comparador
LM56. Los voltajes de referencia para los comparadores internos son
determinados por R1-R3.
En este caso, las salidas OUT1 (pin 7) y OUT2 (pin 6) se hacen bajas,
respectivamente, cuando se exceden el primer y segundo umbral de
temperatura fijados. En el primer caso, se energiza el ventilador de
enfriamiento, mientras que en el segundo se produce una señal de corte o
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shutdown para impedir el daño del sistema. También se dispone de
sensores monolíticos inteligentes, con un nivel de integración más elevado,
los cuales incluyen convertidores AID, multiplexores, referencias de voltaje,
entradas/salidas digitales, lógica de detección de fallas, registros para el
almacenamiento de datos e instrucciones, y otras funciones.
La familia de sensores de temperatura de silicio de Infineon y Philips KTY
son de alta exactitud, lineales y con una excelente estabilidad a lo largo del
tiempo, son una alternativa a los sensores más convencionales basados en
la tecnología NTC o PTC.
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Las propiedades de estos sensores de temperatura están basadas en el
comportamiento estable del silicio. Esto significa que las derivas por la
temperatura son despreciables durante la vida del equipo. Los sensores de
temperatura de silicio muestran una característica casi lineal comparada
con la característica exponencial de las NTC. Esto significa que tienen un
coeficiente de temperatura qué es casi constante en todo el rango de
temperatura. Esta característica se puede utilizar cuando el sensor se usa
como compensación de temperatura para un microprocesador con
conversor de A/D integrado.
APLICACIÓN
Polaridad: El tipo de montaje de dos sensores en serie, pero con polaridad
opuesta, se ha aplicado en la serie KTY81/82; estos sensores son, por
consiguiente, no tienen polaridad. El KTY83/84/85 usa el montaje más
básico de un solo sensor, con lo que hay que respetar la polaridad del
sensor.
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- FORMA DE HACER LECTURAS
Linealización: La característica de resistencia/temperatura de los sensores
de temperatura de silicio es casi lineal, pero en algunas aplicaciones es
necesario mejorar esta linealización, como en sistemas de control que
requieren una alta exactitud. Una manera simple de hacer esto, es poner la
resistencia del sensor ‘RT' en paralelo con una resistencia fija ‘RL', figura
(a). La resistencia final de la combinación en paralelo, RL x RT / (RL +RT), es
en una función lineal con la temperatura y el voltaje de salida será
linealmente proporcional a la temperatura.
Si el circuito está alimentado por una fuente de tensión constante, figura
(b), se puede conectar una resistencia de linealización en serie con el
sensor. El voltaje en el sensor, será de nuevo una función casi lineal de la
temperatura.
En la práctica, una fuente de corriente es demasiado cara, entonces se
puede usar un voltaje fijo de 5 o 12 V para conseguir una corriente de
trabajo de 1mA, por ejemplo. En este caso, la linealización se puede
conseguir por una combinación de resistencias serie/paralelo con el sensor,
figura (c). La resistencia de la combinación en paralelo (RP, RT) y la
resistencia RS es igual a la resistencia RL de linealización óptima, calculada
previamente.
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Tres formas de linealización:
(a) Con una resistencia ‘RL' en paralelo con el sensor.
(b) Con una resistencia ‘RL' en serie con el sensor y alimentado por una
fuente de tensión constante.
(c) Con una resistencia ‘RS' en serie y una resistencia ‘RP' en paralelo y
alimentado por una fuente de tensión constante.
Compensación de temperatura en un convertidor A/D integrado en un
microcontrolador:
Cuando un convertidor A/D está integrado en un microcontrolador, se
requiere una compensación de la temperatura. La figura muestra una
configuración típica, usando un sensor de temperatura KTY81-210 en serie
con una resistencia de linealización RS. Este divisor de tensión proporciona
un voltaje proporcional y lineal a la temperatura, con la VT entre 1.127 V y
1.886 V sobre un rango de temperatura entre 0º y 100°C. Este voltaje se usa
como referencia de tensión para el convertidor A/D. La pendiente lineal de
VT = 7.59 mV /ºK.
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Un ejemplo representativo de sensores de este tipo es el LM75, dotado de
un convertidor A/D delta-sigma de 9 bits, el cual proporciona una
resolución de 0,5°C por bit para mediciones de temperatura desde –25°C
hasta +150°C. También posee una interfaz digital de dos hilos compatible
con FC y una salida de drenador abierto, configurable como línea de
interrupción, que indica cuando los umbrales de temperatura programados
han sido excedidos. Adicionalmente, hay tres pines de selección que
permiten direccionar hasta 8 sensores del mismo tipo sobre un mismo bus
de dos hilos.
2.1.6. SONDA DE TEMPERATURA
- FUNDAMENTO
Una sonda de temperatura o sonda térmica es
un dispositivo que, por medios mecánicos o
eléctricos, transmite de un lugar (emisor) a otro
(receptor) la temperatura del emisor. Su función
es diferente que la de un termostato: éste actúa
cuando la temperatura del emisor llega a cierto
punto determinado (temperatura de consigna),
abriendo o cerrando un contacto; eso quiere
decir que el termostato es, en si mismo, el receptor.
Por el contrario, la sonda es solo un transmisor: mide la temperatura del
emisor, y lo trasmite para que el receptor actúe como convenga.
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Se utiliza en instalaciones térmicas, tanto de los edificios (calefacción,
climatización) como en la industria, pero también en la cocina.
El principio de funcionamiento de las sondas térmicas se basa en un
elemento caliente desde el que se pierde calor debido al flujo más frío. La
temperatura se mantiene constante por medio de un circuito de control. La
corriente regulada es directamente proporcional a la velocidad de flujo.
Cuando se usan sondas de flujo térmicas en flujos turbulentos, los flujos
que entran en contacto con el cuerpo caliente desde todas las direcciones,
influyen en la medición.
Con flujos turbulentos, un sensor de flujo térmico produce una medida
superior a la de una paleta (= impulsor). Esto se debe notar especialmente
cuando se hacen mediciones en canales. Dependiendo del diseño del canal,
se han de esperar flujos turbulentos incluso a bajas velocidades de flujo.
- APLICACIÓN
En instalaciones térmicas
En instalaciones térmicas se usa de varios modos:
en la regulación proporcional se utilizan dos sondas: una para medir la
temperatura del exterior (sonda exterior) y otra para medir la del caloportador
a la salida de la válvula de regulación (sonda de contacto); ambos datos se
envían a la centralita que actúa en consecuencia, de acuerdo con la
programación introducida.
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en instalaciones de calentamiento de agua sanitaria por energía solar se utilizan
para el funcionamiento de la bomba de recirculación del circuito de colectores:
dos sondas, una situada a la salida de los colectores y otra situada en el
acumulador de agua, envían sus datos a una centralita, llamada termostato
diferencial, que pone en marcha la bomba de recirculación cuando la
temperatura de los colectores es superior a la del acumulador y la para en caso
contrario. En algunos casos, la centralita también pone en marcha la bomba
cuando la sonda situada a la salida de los colectores indica que la temperatura
es inferior a 4 ºC para recalentar los colectores con el agua caliente acumulada,
evitando el peligro de congelación. En lugares muy fríos es más conveniente
disponer un caloportador con anticongelante en vez de hacer esta operación.
en la regulación de calderas de calefacción con quemador modulante (potencia
de llama variable), envían la temperatura de la conducción de retorno, en
función de la cual se regula la potencia de la llama. También regulan el caudal de
gas, es decir, la potencia de la llama, en los calentadores instantáneos
modulantes, en función de la temperatura de llegada del agua.
en climatización por aire, se emplea una sonda para medir la temperatura del
aire de retorno, lo que determina la temperatura de la impulsión en función de
ella.
En cocina
El sistema tradicional en cocina es emplear un termómetro especial, con el bulbo
situado en un espetón que se clava en la pieza a asar (especialmente cuando la pieza es
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muy grande) y hay que vigilarlos para saber cuando el calor del horno ha llegado a la
zona interior de la pieza, lo que significa que ya está en su punto de cocción.
Actualmente se fabrican sondas eléctricas que funcionan de modo que avisan cuando
se ha llegado a la temperatura de asado requerida (distinta según la pieza). Cuando
está integrada la sonda entre los mecanismos del horno (en los hornos muy caros),
pueden apagarlo.
2.1.7. SISTEMAS DE DILATACION
- FUNDAMENTO
- Es el aumento de tamaño de los materiales, a menudo por efecto del aumento de
temperatura. Los diferentes materiales aumentan más o menos de tamaño, y los
sólidos, líquidos y gases se comportan de modo distinto.
- Para un sólido en forma de barra, el coeficiente de dilatación lineal del acero es de
12 × 10-6 K-1. Esto significa que una barra de acero se dilata en 12 millonésimas partes
por cada kelvin (1 kelvin, o 1 K, es igual a 1 grado Celsius, o 1 ºC). Si se calienta un grado
una barra de acero de 1 m, se dilatará 0,012 mm. Esto puede parecer muy poco, pero el
efecto es proporcional, con lo que una viga de acero de 10 m calentada 20 grados se
dilata 2,4 mm, una cantidad que debe tenerse en cuenta en ingeniería. También se
puede hablar de coeficiente de dilatación superficial de un sólido, cuando dos de sus
dimensiones son mucho mayores que la tercera, y de coeficiente de dilatación cúbica,
cuando no hay una dimensión que predomine sobre las demás.
Para los líquidos, el coeficiente de dilatación cúbica (cambio porcentual de volumen
para un determinado aumento de la temperatura) también puede encontrarse en
tablas y se pueden hacer cálculos similares. Los termómetros comunes utilizan la
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dilatación de un líquido —por ejemplo, mercurio o alcohol— en un tubo muy fino
(capilar) calibrado para medir el cambio de temperatura.
La dilatación térmica de los gases es muy grande en comparación con la de sólidos y
líquidos, y sigue la llamada ley de Charles y Gay-Lussac. Esta ley afirma que, a presión
constante, el volumen de un gas ideal (un ente teórico que se aproxima al
comportamiento de los gases reales) es proporcional a su temperatura absoluta. Otra
forma de expresarla es que por cada aumento de temperatura de 1 ºC, el volumen de un
gas aumenta en una cantidad aproximadamente igual a 1/273 de su volumen a 0 ºC. Por
tanto, si se calienta de 0 ºC a 273 ºC, duplicaría su volumen.
- APLICACIÓN
Cotidianamente se utiliza algunas clases de termómetros, dependiendo de donde sea
su aplicación y los parámetros de funcionamiento.
El funcionamiento de los termómetros se basa en la propiedad conocida como
dilatación de una sustancia.
Existen dos clases de termómetros de dilatación de uso común, estos son:
TERMOMETRO DE LIQUIDO
Los termómetros más familiares de líquido encerrado en virio son:
El de mercurio: utilizado para medir la temperatura de las personas, son
portátiles y permiten una lectura directa. Pero no son muy preciso para fines
científicos.
Funcionan en un grado de -39ºC (punto de congelación del Hg) a 357ºC (punto
de ebullición).
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El termómetro de alcohol coloreado: son menos precisos, también son
portátiles, pero tienen a ventaja de registrar temperatura desde -112ºC (punto de
congelación del etanol) hasta 78ºC (su puto de ebullición).
TERMOMETRO DE GAS
El termómetro de gas de volumen contante es muy exacto, pero es más
complicado, por lo que son empleados para graduar otros termómetros, y
poseen un gran margen de medición de -27ºC a 1477ºC.
Estos termómetros se constituyen principalmente de una ampolla con gas-helio,
hidrogeno o nitrógeno, dependiendo de donde se lo vaya a utilizar, y de un
manómetro medidor de la presión.
- TIPOS DE TERMOMETROS DE DILATACION
Los termómetros de dilatación más conocidos son los siguientes:
a) Termómetros de líquido en vidrio: Su principio de operación se basa en la expansión
del líquido contenido dentro de un tubo capilar mediante el aumento de temperatura
donde el líquido actúa como un transductor que convierte la energía termal en una forma
mecánica.
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PARTES DE UN TERMOMETRO DE LIQUIDO EN VIDRIO
El indicador de temperatura será el menisco generado por el líquido y la escala podrá
ser apreciada sobre el tubo o ser un elemento independiente.
La forma del menisco será:
Para el mercurio, la parte superior de la curva
Para líquidos orgánicos, la parte inferior.
CALIBRACION: Se utiliza un método de comparación, tomando un termómetro patrón
previamente calibrado, en sistemas termales recirculantes con líquido, sales o lecho fluidizado y
la medición directa de los puntos fijos secundarios de fusión del hielo o ebullición del agua.
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Dependiendo de la exactitud que se desea obtener, se utiliza un termómetro de
resistencia de platino u otros tipos de termómetros trazables y con baja incertidumbre
de calibración.
APLICACIÓN: Son muy utilizados ya que su funcionamiento es sencillo, son portables, costo,
estabilidad, amplio intervalo de trabajo o por recomendaciones en normas.
Para termómetros clínicos se utiliza el termómetro de vidrio con líquido de
mercurio.
Para termómetros de ambiente se utiliza el termómetro de vidrio con líquido de
alcohol.
b) Termómetro bimetálico: Estos termómetros bimetálicos están compuestos por un
tubo de acero inoxidable que en cuyo interior está ubicada una espiral helicoidal
bimetálica. Cuya espiral está soldada por un extremo a la parte inferior del tubo y por
otra a una varilla de transmisión, a su vez conectada a una aguja que indica la
temperatura.
El bimetálico se deforma por las variaciones de temperatura que, mediante la
rotación de la varilla, se transmite a la aguja indicadora situada en la esfera.
Los materiales más empleados en estos termómetros son :
Latón,
Monel y
Acero con alto coeficiente de dilatación.
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Las fundas de protección están hechas de material cerámico y metálicas,
encontrándose a menudo fundas cerámicas recubiertas con metal.
PARTES DE UN TERMOMETRO BIMETALICO
PRECISIÓN Y CAMPO DE MEDIDA:
Usualmente La precisión del instrumento es de ± 1 % y su rango de medida es de -
200 a +500°C.
APLICACIÓN: Los termómetros bimetálicos se utilizan en la industria alimentaria,
conservación, farmacéutica, petroquímica, etc.
Están diseñados para resistir situaciones de operación más optimistas establecidas por
la agresividad del fluido de proceso y del ambiente.
c) Termómetro de bulbo y capilar: Están constituidos por un bulbo unido a un capilar
que conecta a una espiral, cuando varia la temperatura del fluido el bulbo se expande y
la espiral se desenrolla moviendo la aguja indicadora de la escala.
Existen cuatro clases de este tipo de termómetros:
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CLASE I: TERMOMETROS ACTUADOS POR LIQUIDO
Estos termómetros están lleno de líquido y son proporcionales a la
temperatura por lo que se tiene una escala uniforme de medición.
Tienen en rango de medición de 150 a 500 °C dependiendo del líquido que
se esté empleando en el termómetro
TERMOMETROS ACTUADOS POR LIQUIDO
CLASE II: TERMOMETROS ACTUADOS POR VAPOR
Al momento que varía la temperatura del bulbo aumenta o disminuye la
presión del líquido contenido en el capilar el cual mueve la aguja
indicadora de la escala, por lo cual la medición no es uniforme.
Si la temperatura del bulbo > temperatura ambiente el capilar está lleno
de líquido (fig.6.1) caso contrario el capilar está lleno de vapor (fig.6.2)
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TERMOMETROS ACTUADOS POR VAPOR
CLASE III: TERMOMETROS ACTUADOS POR GAS
El capilar en estos termómetros está lleno de gas, cuando variar la
temperatura, la presión del gas varia proporcionalmente, por lo que su
escala es lineal.
CLASE IV: TERMOMETROS ACTUADOS POR MERCURIO
Estos termómetros son similares a los termómetros de la clase I.
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III. CONCLUSIONES
- Podemos decir que los sensores de temperatura son imprescindibles ya
que por ejemplo cuando se trata de ventiladores estos sensores hacen que
los ventiladores se prendan cuando alcanzan cierto grado de calor en el
motor.
- Todas las tecnologías de sensado de temperatura presentan ventajas e
inconvenientes y no hay una única tecnología indicada para todas las
aplicaciones de sensado de temperatura.
- Para aplicaciones que trabajen con un rango limitado de temperaturas, los
termistores pueden proporcionar una solución de bajo coste para el
sensado de temperatura. Para una alta precisión superior a varios cientos
de grados Celsius los RTD pueden ser una solución apropiada pero exigen
un cuidadoso ajuste y calibración y pueden resultar más caros que las
soluciones basadas en termistores o sensores de silicio. Si hay que medir
temperaturas extremas, es probable que los termopares sean la solución
más adecuada. Sin embargo, para la inmensa mayoría de las aplicaciones
que no exijan medir un rango muy amplio de temperaturas, los sensores
basados en silicio pueden simplificar notablemente el diseño, mantener la
precisión e integrar funciones que aumenten la flexibilidad y las
prestaciones del sistema.
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IV. BIBLIOGRAFIA
Nota de Aplicación de Microchip Technology AN897, “Thermistor Temperature
Sensing with MCP6S2X PGAs,” de Kumen Blake y Steven Bible.
Nota de Aplicación de Microchip Technology AN895, “Oscillator Circuits for RTD
Temperature Sensors,” de Ezana Haile y Jim Lepkowski.
http://arantxa.ii.uam.es/~gdrivera/robotica/h_datos/Sensores_Acond.pdf
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Eduardo J. Carletti. Sensores - Conceptos generales. Descripción y
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(http://robots-argentina.com.ar/Sensores_general.htm#diodost)
http://electronicaecuador.blogspot.pe/2015/03/el-diodo-como-sensor-de-
temperatura-por_57.html
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/ramirez_g_r/capitulo4.p
df
http://charliexray.blogspot.pe/2012/08/el-voltaje-en-bornes-vd-de-un-diodo.html
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