informe de metrologia 2

UNIVERCIDAD NACIONAL DEL SANTA

E.AP.INGENIERIA EN ENRGIA

METROLOGIA E INSTRUMENTACION

PRACTICA DE LABORATORIO N° 2

“CALIBRACION DE UN TERMISTOR”

GRUPO: “B”

INTEGRANTES:

Loyola Espinoza Piero Moreno Perea Becquer Vilela Urcia Derlyz

PROFESOR:

Pedro Paredes Gonzales

FECHA DE EJECUCION:

18/04/16

FECHA DE ENTREGA:

25/04/16

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

I. OBJETIVOS:

Determinar la ecuación de calibración de un elemento sensor de temperatura (termistor CNT), mediante la medición de temperaturas y resistencias.

Determinar algunas características sistemáticas del termistor.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Termómetros de resistencias

Un termómetro de resistencia es un instrumento utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia de la resistencia eléctrica de metales, aleaciones y semiconductores (termistores) con la temperatura; tal es así que se puede utilizar esta propiedad para establecer el carácter del material como conductor, aislante o semiconductor. El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica. El material que forma el conductor, se caracteriza por el “coeficiente de temperatura de resistencia” este se expresa en un cambio de resistencia en ohmios del conductor por grado de temperatura a una temperatura especifica. Para casi todos los materiales, el coeficiente de temperatura es positivo, pero para otros muchos el coeficiente es esencialmente constante en grandes posiciones de su gama útil.


La relación entre estos factores, se puede ver en la expresión lineal siguiente:

En el caso de una resistencia fabricada con material semiconductor (termistores) la variación con la temperatura es muchísimo más grande, pero tiene el gran inconveniente de ser de tipo exponencial.


De las expresiones anteriores se deduce claramente que una resistencia metálica aumenta su valor con la temperatura, mientras que en los semiconductores, aumenta su valor al disminuir la temperatura. Las resistencias de tipo metálico son de uso frecuente debido a que suelen ser casi lineales durante un intervalo de temperaturas bastante elevado.

Materiales usados normalmente en las sondas:

A) PLATINO

Es el material más adecuado desde el punto de vista de precisión y estabilidad, pero presenta el inconveniente de su coste. En general la sonda de resistencia Pt utilizada en la industria tiene una resistencia de 100 ohmios a 0 °C. Por esta razón, y por las ventajosas propiedades físicas del Pt fue elegido este termómetro como patrón para la determinación de temperaturas entre los puntos fijos desde el punto del oxígeno (-183 °C) hasta el punto de Sb (630). Los arrollamientos están protegidos contra desperfectos por tubos de metal y dispuestos de manera que permiten rápido intercambio de calor en el arrollamiento y el medio en que está colocado el tubo.


B) PLATINOMas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada con una mayor variación por grado, el interés de este material lo presenta su sensibilidad; hay una falta de linealidad en su relación . Efectivamente en el intervalo de temperatura de 0 a 100 °C, la resistencia de Níquel aumenta en un 62% mientras que en el Pt solo aumenta en un 38%. Sim embargo los problemas relativos a su oxidación u otro tipo de deterioro químico. Otro problema añadido es la variación que experimenta su coeficiente de resistencia según lotes fabricados.

C) COBRE El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en el rango de temperatura cercano a la ambiente; es estable y barato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, ya que hace que las variaciones relativas de resistencia sean menores que las de cualquier otro metal, por otra parte sus características químicas lo hacen inutilizable por encima de los 180 °C.


D) TUNGSTENOTiene una sensibilidad termica superior a l del platino, por encima de 100 °C y se puede utilizar a temperaturas más altas, incluso con una linealidad superior. Asimismo se puede hacer hilo muy fino, de manera que se obtenga resistencias de valor elevado, pero como consecuencia de sus propiedades mecánicas su estabilidad es muy inferior a la del platino. Las técnicas actuales de fabricación de láminas delgadas por evaporación, serigrafía u otro procedimiento ligado a la microelectrónica permiten depositar en superficies muy pequeñas resistencias de materiales indicados anteriormente.

TERMISTORESPalabra procedente del inglés thermisttor, contracción de “thermally sensitive resistor”. Los termistores son otro tipo de termómetros de resistencias, formados por sustancias semiconductoras cuya conductividad eléctrica varía con la temperatura según una función del tipo:

Dónde: R (Ω) es la resistencia. T (K) es la temperatura. A y B son las constantes del termistor.

Termistores NTC y PTCSon resistores variables con la temperatura, pero no están basados en conductores como las RTD, sino en semiconductores. Si su coeficiente de temperatura es negativo se conoce como NTC


(negative temperature coefficient) mientras que si es positivo se denominan PTC (positive temperatura coefficient). Los símbolos respectivos son los de la figura donde el trazo horizontal en el extremo de la línea inclinada indica que se trata de una variación no lineal.

La principal característica de este tipo de resistencias es que tienen una sensibilidad del orden de diez veces mayor que las metálicas y aumentan su resistencia al disminuir la temperatura.


III. PARTE EXPERIMENTAL:

3.1 INSTRUMENTOS Y MATERIALES

- Un termómetro de mercurio de -10°C a 110°C.- Un multímetro digital.- Una cocina eléctrica.- Un vaso de precipitación.- Un termistor (NTC) de 100Ω.- Un agitador.- Dos cables eléctricos conectores de un metro.- Dos plush machos.- Un soporte, hielo y agua.


3.2 PROCEDIMIENTO

1.º Armar el equipo como se muestra en la figura.2.º Colocar el hielo dentro del vaso de precipitación.3.º Seleccionar en el multímetro el ohmímetro con el

rango apropiado.4.º Tomar mediciones de temperaturas y resistencias

desde el punto de fusión del agua (0 °C) hasta el punto de ebullición (100 °C) en intervalos de 5 °C, anotarlos en la tabla N° 1. Para una buena medición agite el agua para uniformizar la temperatura.

5.º Repita el paso pero de forma descendiente y anote las mediciones en la tabla N° 2.

3.3 RESULTADOS

Tablas de datos experimentales.

Tabla N° 1. Mediciones en forma ascendente para la temperatura del sensor

n T(°C)

T(K)

1/T(K )−1

R(Ω)

1 0 273 3.663 x 10−3

247

2 5 278 3.597 x 10−3

188

3 10 283 3.533 x 10−3

158


4 15 288 3.472 x 10−3

125

5 20 293 3.412 x 10−3

100

6 25 298 3.355 x 10−3

81

7 30 303 3.300 x 10−3

66

8 35 308 3.246 x 10−3

54

9 40 313 3.194 x 10−3

47

10 45 318 3.144 x 10−3

42

11 50 323 3.095 x 10−3

36

12 55 328 3.048 x 10−3

29

13 60 333 3.003 x 10−3

24

14 65 338 2.958 x 10−3

23

15 70 343 2.915 x 10−3

20

16 75 348 2.873 x 10−3

19

17 80 353 2.832 x 10−3

17

18 85 358 2.793 x 10−3

16

19 90 363 2.754 x 10−3

12

20 95 368 2.717 x 10−3

10

21 100 373 2.680 x 10−3

9


Tabla N° 2. Mediciones en forma descendente para la temperatura del sensor

n T(°C)

T(K)

1/T(K )−1

R(Ω)

1 100 373 2.680 x 10−3

9

2 95 368 2.717 x 10−3

11

3 90 363 2.754 x 10−3

13

4 85 358 2.793 x 10−3

14

5 80 353 2.832 x 10−3

17

6 75 348 2.873 x 10−3

19

7 70 343 2.915 x 10−3

22

8 65 338 2.958 x 10−3

26

9 60 333 3.003 x 10−3

30

10 55 328 3.048 x 10−3

35

11 50 323 3.095 x 10−3

41

12 45 318 3.144 x 10−3

48

13 40 313 3.194 x 10−3

56

14 35 308 3.246 x 10−3

77

15 30 303 3.300 x 10−3

88

16 25 298 3.355 x 10−3

92

17 20 293 3.412 x 99


10−3

18 15 288 3.472 x 10−3

124

19 10 283 3.533 x 10−3

157

20 5 278 3.597 x 10−3

187

21 0 273 3.663 x 10−3

246

IV. CUESTIONARIO

Hacer una gráfica R vs T para el rango de 273 a 373 utilizando Microsoft Excel.

250 270 290 310 330 350 370 3900

50

100

150

200

250

300

Tabla N°1:Forma ascendente

Temperatura

Resi

sten

cia


300 310 320 330 340 350 360 370 3800

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Tabla N°2:Forma descendete

Temperatura

Resi

sten

cia

Hacer la gráfica de R vs 1/T en el rango de 273K a 373K utilizando el Microsoft Excel.

0.0025 0.0027 0.0029 0.0031 0.0033 0.0035 0.0037 0.00390

50

100

150

200

250

300

f(x) = 0.00155285152427227 exp( 3246.7771295931 x )R² = 0.995090171330705

Tabla N°1:Forma ascendente

1/Temperatura

Resi

sten

cia


0.0026 0.0027 0.0028 0.0029 0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.00340

102030405060708090

100

f(x) = 0.000669999899657651 exp( 3566.81385165629 x )R² = 0.997323728426149

Tabla N°2:Forma descendente

1/Temperatura

Resi

sten

cia

Para el rango de 273K a 373K

a) Especificar el alcance de entrada y salida del termistor :

Alcance de Entrada: E= Tmin a Tmax = 273 a 373

Alcance de Salida: E= Rmin a Rmax = 142 a 18

b) Especificar el intervalo de entrada y salida del termistor:

Intervalo de entrada: IE= Tmin – Tmax =318 -288 =30k

Intervalo de salida : IS = Rmin – Rmax = 18- 142 = -124 ohmios.


c) Determinar la ecuación de la línea recta del termistor :

Pto Mínimo (Tmin, Rmax )= 288

Pto Máximo (Tmax, Rmin)=318

R (ideal) = KT + a……… (1)

K= (Rmax – Rmin)/ (Tmax –Tmin) = (18 – 142)/ (318 – 288) = -4.13333

a= Rmin – KTmin=142 – (-4.133) (288)=1332.39

Dela forma (1) entonces:

R (ideal) = KT + a = (-4.133) (T) + 1332, 39

d) Determinar la ecuación de no linealidad del termistor.

N(T)= O(T)- (KT + a ) = 0.001e”3278x1/T – 1332.39 + 4.13337

e) Calcule la no linealidad máxima como porcentaje de la deflexión a escala completa del termistor para T =50ᵒC (323K)


n%=(Nx100)/(Rmax – Rmin)

n(323)=0.001e(10.1513) – 1332.39 + 4.133(323)=28.19

n%= -23.3

f) Determinar la sensibilidad del termistor para la temperatura de 50 ᵒc

S= d (0.001e3278 x/T)/dt= - 1T 20.001e3278 x1 /Tx 3278

S= -0.803

g) Que puede decir sobre la histéresis del termistor por inspección H(T) = O(T) – O(T)

O(T) = KT + a (-4.133)(T) + 1332.39V. RECOMENDACIONES

Se recomienda que la computadora a utilizar tenga un procesador de regular capacidad para evitar lagers.

Es recomendable hacer la práctica de laboratorio en compañía de 1 a 2 compañeros más para realizar el experimento de la forma mas correcta posible.

Se recomienda leer detenidamente las guías de práctica para evitar errores en la elaboración del parte experimental.

Para hallar la ecuación de calibración se sugiere ingresar los datos obtenidos en Excel para graficarlo, para así poder observar fácilmente los valores de las constantes.


VI. CONCLUSIONES

. Como pudimos observar al hallar las ecuaciones de calibración por el método teórico se llegó a una clara semejanza con los resultados brindados por el Excel al realizar el proceso de sus datos.

. Los termistores tienen, frente a otros componentes sensibles a las modificaciones de temperatura, las ventajas de su bajo precio, sus dimensiones reducidas, su rápida respuesta y elevada resistencia nominal.


VII. BIBLIOGRAFIA

Termómetros de resistencia – José Ruiz Gonzales.

Prácticas de laboratorio de metrología dimensional – Felipe Díaz del Castillo

Prácticas de laboratorio – Universidad de loa Andes- Trujillo – Venezuela

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