laboratorio n1

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA

INGENIERÍA ELÉCTRICA-INGENIERÍAELECTRÓNICALABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN

LABORATORIO N°1MEDICIÓN DE TEMPERATURA MEDIANTE EL PT 100 Y TERMISTORES

1. OBJETIVOS

Verificar la variación de resistencia del Pt100 en función de la temperatura.Verificar la variación de resistencia de los termistores (semiconductores) en función de la temperatura.Convertir las variaciones de resistencia en señal de voltaje de corriente continua.

2. FUNDAMENTO TEORICO

El sensor de temperatura RTD Pt100, es ampliamente utilizado en las industrias, para la medición de temperatura, su principio de funcionamiento se basa en la siguiente ecuación:

Rt=Ro(1+αt )La variación de su resistencia está en función de la temperatura a la que es sometida el sensor, se denomina Pt100: por Pt de platino y 100 porque tiene una resistencia de 100Ω a 0°C.Generalmente el Pt 100, para su aplicación industrial en la medición de temperatura, está formado por la bobina del sensor RTD encapsulado en cerámica o vidrio, por el tubo o vaina cerámica de protección metálica, cabezal de conexión y zócalo de conexión, como se aprecia en la figura:

El comportamiento de los RTD’ s Pt100 está en base a una tabla estándar (Universal) para todos los fabricantes del mismo.

El termistor es un semiconductor sensible a la temperatura, su resistencia Terminal está relacionada con la temperatura de su cuerpo, no es un dispositivo de unión y se construye de Germanio, Silicio o una mezcla de Oxido de Cobalto, Níquel, Estroncio, Manganeso, Hierro, Cobre y otros metales.



Existen dos maneras de variar la temperatura del termistor: internamente y externamente, un simple cambio en la corriente a través del dispositivo produce un cambio interno de la temperatura del mismo. Externamente se necesita variar la temperatura del medio ambiente o sumergir el elemento en una solución caliente o fría.Existen dos clases de termistores NTC (Coeficiente Negativo de Temperatura) y el PTC (Coeficiente Positivo de Temperatura). Los termistores NTC tiene la propiedad de disminuir su resistencia cuando la temperatura de su cuerpo aumenta, lo contrario ocurre con PTC, o sea aumenta su resistencia cuando aumenta la temperatura. La simbología utilizada para representar el NTC es:

Las relaciones entre la resistencia y la temperatura están dadas por la ecuación de Steinhart-Hart:

1T

=A+B ln R+C ( ln R )3

Donde:T =Temperatura en oKR =Resistencia del termistor para la temperatura TA, B, C =Constantes de la curva de ajuste

La ecuación simplificada del termistor es:

R=R0eβ( 1T

− 1T0 )

β=lnR /R0

1/T−1/T 0

R=Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta T [ºK]Ro=Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta To[ºK]β =Constante dentro de un intervalo moderado de temperaturaT y To = Temperaturas absolutas en [ºK]



3. DESARROLLO

1. Ejecute el montaje de la figura 1.1, posteriormente cada 5°C o valores convenientes tome la lectura de temperatura del indicador digital E5CK y medir simultáneamente la resistencia del RTD Pt 100 con la ayuda de un multímetro.

Figura 1.1

Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

22 107,4 110 141,8 220 182,725 111,9 120 145,9 230 186,230 110,5 130 149,5 240 189,935 112,5 140 153,1 250 193,540 115,1 150 156,8 260 197,152 119,2 160 160,6 270 20060 122,8 170 164,4 280 20370 126,7 180 168,2 290 20680 130,6 190 171,7 300 21090 134,4 200 175,6 310 213100 138,2 210 179,2 320 217

2. Con la Ayuda de un medidor de temperatura (termómetro) y un multímetro, mida la variación de resistencia de los termistores NTC y PTC cada 5°C o bien utilizando otro rango conveniente a la experiencia (Nota: para esta experiencia, los estudiantes deberán traer hielo).



Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

17 33,2 18 32,2 38 16,415 34,4 19 31,3 39 15,9-1 78,3 20 30,1 40 15,11 72,1 21 28,7 41 14,72 68,7 22 27,6 42 14,43 61,9 23 26,7 43 13,94 60,1 24 25,8 44 13,45 57,8 25 24,9 45 12,96 54,1 26 24,7 46 12,67 51,2 27 23,3 47 12,08 51,1 28 22,3 48 11,89 48,3 29 21,7 49 11,510 45,2 30 20,7 50 11,111 43,0 31 20,2 51 10,912 41,5 32 19,7 52 10,513 39,0 33 19,0 55 9,814 37,2 34 18,2 58 9,415 35,6 35 17,6 60 8,916 34,6 36 17,2 61 8,217 33,8 37 16,9 65 7,4

3. Aplicando un divisor de voltaje figura 1.2 convierta las variaciones de resistencia del Pt 100 a de los termistores, en variaciones de voltaje. Posteriormente realice la medición de la tensión de salida de U 0 cada 5°C. utilice un valor adecuado de resistencia R para el divisor de voltaje.

Figura 1.2Donde:

Uo=Rg

Rg+RU s Uo ´=

RR+Rg

U s

R= 500 ohmios para el Pt 100



R= 1K para los termistores

Resistencia (Ω)

Voltaje (V) Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

108,2 1,56 155 1,92111 1,68 160 1,95116 1,63 165 1,99120 1,67 170 2,02125 1,71 175 2,05130 1,74 180 2,07135 1,78 185 2,10140 1,82 190 2,13145 1,86 195 2,16150 1,91 200 2,18

4. Aplicando el Puente de Wheatstone figura 1.3, convierta las variaciones de resistencia del Pt 100, en variaciones de voltaje. Posteriormente realice la medición de la tensión de salida de U o cada 5°C. Elija adecuadamente los valores de resistencia del Puente de Wheatstone (Considere las resistencias R1 y R2 iguales, se sugiere por encima de 10K). Asimismo considere R3= 500 (Ω) u otro valor conveniente para obtener un valor alto de U o.

Figura 1.3

Resistencia (Ω)


Voltaje (V)

110,3 -2,8 170 -1,07115 -2 175 -1,01120 -1,9 180 -0,94125 -1,8 185 -0,88130 -1,73 190 -0,79135 -1,63 195 -0,48



140 -1,53 200 -0,42145 -1,45 205 -0,35150 -1,38 210 -0,29155 -1,31 215 -0,23160 -1,23 220 0,17165 -1,14

4. CUESTIONARIO

1. Con las mediciones realizadas en el montaje de la Figura 1.1 elabore tablas para el Pt100 y el termistor de la variación de la resistencia versus la temperatura y trazar las curvas respectivas con la ayuda de algún software (Excel u otro Graficador).

Pt 100Temperatur

a (°C)Resistencia

(Ω)Temperatur

a (°C)Resistencia

(Ω)Temperatur

a (°C)Resistencia

(Ω)22 107,4 110 141,8 220 182,725 111,9 120 145,9 230 186,230 110,5 130 149,5 240 189,935 112,5 140 153,1 250 193,540 115,1 150 156,8 260 197,152 119,2 160 160,6 270 20060 122,8 170 164,4 280 20370 126,7 180 168,2 290 20680 130,6 190 171,7 300 210



90 134,4 200 175,6 310 213100 138,2 210 179,2 320 217

La grafica es:

0 50 100 150 200 250 300 3500

50

100

150

200

250

f(x) = 0.366680544142221 x + 101.170484168042R² = 0.999145181030233

Resistencia Vs. Temperatura

Series2Linear (Series2)

Temperatura (°C)

Resis

tenc

ia (Ω

)

TERMISTORTemperatur

a (°C)Resistencia

(Ω)Temperatur

a (°C)Resistencia

(Ω)Temperatur

a (°C)Resistencia

(Ω)17 33,2 18 32,2 38 16,415 34,4 19 31,3 39 15,9-1 78,3 20 30,1 40 15,11 72,1 21 28,7 41 14,72 68,7 22 27,6 42 14,43 61,9 23 26,7 43 13,94 60,1 24 25,8 44 13,45 57,8 25 24,9 45 12,96 54,1 26 24,7 46 12,67 51,2 27 23,3 47 12,08 51,1 28 22,3 48 11,89 48,3 29 21,7 49 11,5



10 45,2 30 20,7 50 11,111 43,0 31 20,2 51 10,912 41,5 32 19,7 52 10,513 39,0 33 19,0 55 9,814 37,2 34 18,2 58 9,415 35,6 35 17,6 60 8,916 34,6 36 17,2 61 8,217 33,8 37 16,9 65 7,4

Su grafica es:

-10 0 10 20 30 40 50 60 700

10

20

30

40

50

60

70

80

90

f(x) = 63.9163653070211 exp( − 0.0352310625703556 x )R² = 0.989103121810854

Resistencia Vs. Temperatura

Temperatura (°C)

Resi

sten

cia

(Ω)

2. Con las mediciones realizadas para la figura 1.2 elabore tablas de la variación de voltaje de salida U o versus la temperatura y trazar los lugares geométricos respectivos.

Resistencia (Ω)


Voltaje (V)

108,2 1,56 155 1,92111 1,68 160 1,95116 1,63 165 1,99



120 1,67 170 2,02125 1,71 175 2,05130 1,74 180 2,07135 1,78 185 2,10140 1,82 190 2,13145 1,86 195 2,16150 1,91 200 2,18

Al tener la resistencia se procederá a obtener a que temperatura se encuentra el horno según la Tabla Normalizada del Pt 100.Se procederá a interpolar los valores que se tiene de resistencia para obtener la temperatura ese cálculo se realizar con la siguiente fórmula para todos los casos:

x0→ y0

x1→ y1

x2→ y2

Donde:x1; y1=Sondatos conocidos ( limitesinferiores )x0; y0=undato conocido y el otro incognitax2; y2=Sondatos conocidos(limites superiores)

50 100 150 200 250 300 350 400 4500

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

850

Temperatura vs. Resistencia Del Pt100

Resistencia (Ω)

Tem

pera

tura

(°C)

Del cual podemos obtener la ecuación de la recta:y0− y1

y2− y1

=x0−x1

x2−x1

De la gráfica tendremos la ecuación de la recta:



y0−0

850−0=

x0−100

392,262−100

y0=( x0−100

292,262 )∗850ECUACIÓN DE LA RECTA

Con lo cual se obtiene la siguiente tabla:

Resistencia (Ω)

Voltaje (V) Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

Voltaje (V) Temperatura (°C)

108,2 1,56 23,848 155 1,92 159,959111 1,68 31,992 160 1,95 174,501116 1,63 46,534 165 1,99 189,043120 1,67 58,167 170 2,02 203,584125 1,71 72,709 175 2,05 218,126130 1,74 87,250 180 2,07 232,668135 1,78 101,792 185 2,10 247,210140 1,82 116,334 190 2,13 261,751145 1,86 130,876 195 2,16 276,293150 1,91 145,417 200 2,18 290,835

0.000 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.0000

0.5

1

1.5

2

2.5

f(x) = 0.00223064836392052 x + 1.55421925009622R² = 0.987211430684907

Tensión (Uo) Vs. Temperatura

Series2Linear (Series2)

Temperatura (°C)

Tens

ión

(Uo)

3. Con las mediciones realizadas para la figura 1.3 elabore tablas de la variación de voltaje de salida U o versus la temperatura y trazar los lugares geométricos respectivos.



Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

109.9 1.78 148.0 0.96 175.0 0.49122.2 1.48 151.0 0.89 178.0 0.45125.6 1.41 154.5 0.84 181.0 0.38128.9 1.36 157.1 0.80 184.0 0.35131.6 1.28 160.1 0.74 187.0 0.30134.9 1.24 163.0 0.68 191.0 0.24137.2 1.18 166.0 0.65 193.2 0.20141.2 1.09 169.0 0.58 196.0 0.16144.8 1.012 172.0 0.56 199.0 0.11

Al tener la resistencia se procederá a obtener a que temperatura se encuentra el horno según la Tabla Normalizada del Pt 100:

Se procederá a interpolar los valores que se tiene de resistencia para obtener la temperatura ese cálculo se realizar con la siguiente fórmula para todos los casos:

x0→ y0

x1→ y1

x2→ y2

Donde:

x1; y1=Sondatos conocidos ( limitesinferiores )x0; y0=undato conocido y el otro incognitax2; y2=Sondatos c onocidos(limites superiores)

y0=( x0−100

292,262 )∗850 ECUACIÓN DE LA RECTA

Con lo cual se obtiene la siguiente tabla:

Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

Temperatura (°C)

109.9 1.78 25.4278 163.0 0.68 165.2615122.2 1.48 57.2943 166.0 0.65 173.3450125.6 1.41 66.1567 169.0 0.58 181.4486128.9 1.36 74.7801 172.0 0.56 189.5718131.6 1.28 81.8534 175.0 0.49 197.7174



134.9 1.24 90.5210 178.0 0.45 205.8828137.2 1.18 96.5736 181.0 0.38 214.0685141.2 1.09 107.1270 184.0 0.35 222.2767144.8 1.012 116.6561 187.0 0.30 230.5082148.0 0.96 125.1489 191.0 0.24 241.5151151.0 0.89 133.1330 193.2 0.20 247.5856154.5 0.84 142.4706 196.0 0.16 255.3269157.1 0.80 149.4251 199.0 0.11 263.6444160.1 0.74 157.4677

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 2700

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

f(x) = − 0.00675665411501344 x + 1.83971466785479R² = 0.993503127508234

Tensión (Uo) Vs. Temperatura

Temperatura (°C)

Tens

ión

(Uo)

4. Para el Pt 100, halle el error relativo de la resistencia entre el valor medido y el valor en tablas (tabla estándar). El Error relativo del voltaje de salida del valor medid y el valor teórico calculado en base a tabla estándar.

Para el error:

%E r=V med−V verd

V verd

∗100 %



Temperatura (°C)

Resistencia (Ω)

Medido

Resistencia (Ω)

De tablas

Error relativo

%22,7 109,4 108,958 0,40625 110,3 109,734 0,51630 113,6 111,672 1,72635 114,4 113,607 0,69840 116,3 115,539 0,65945 118,4 117,854 0,46350 120,1 119,395 0,59055 122,2 121,319 0,72660 123,7 123,239 0,37465 125,7 125,157 0,43470 127,7 127,072 0,49475 129,6 128,984 0,47880 131,6 130,893 0,54085 133,4 132,18 0,92390 136,4 134,702 1,26195 137,6 136,603 0,730

100 139,7 138,5 0,866105 140,4 140,395 0,004110 142,6 142,286 0,221115 145,6 144,175 0,988120 146,3 146,061 0,164125 148,2 147,944 0,173130 149,6 149,824 -0,150135 152,9 151,076 1,207140 153,2 153,575 -0,244145 156,8 155,82 0,629150 158,8 157,315 0,944155 160,3 159,18 0,704160 162,1 161,043 0,656165 164,1 162,903 0,735170 165,1 164,76 0,206175 167,7 166,613 0,652180 169,1 168,464 0,378185 171,4 170,313 0,638190 172,4 172,158 0,141195 174,8 174 0,460200 176,6 175,84 0,432205 177,7 177,676 0,014210 179,8 179,51 0,162



215 181,9 181,34 0,309220 183,4 183,16 0,131225 185,7 184,993 0,382230 187,2 186,815 0,206235 189,4 188,634 0,406240 191 190,451 0,288245 192,7 192,264 0,227250 194,2 194,074 0,065

El análisis se desarrollara para el siguiente circuito:

Figura 1.2

Donde:

Uo=Rg

Rg+RU s Uo ´=

RR+Rg

U s

Para el error:

%E r=V med−V verd

V verd

∗100 %

Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

medido

Voltaje (V)calculado

Error relativo

%108,2 1,63 1,752 6,955112,6 1,69 1,797 5,976115 1,71 1,822 6,134



118 1,74 1,852 6,029121 1,77 1,881 5,899124 1,8 1,910 5,747127 1,82 1,938 6,089130 1,85 1,966 5,889133 1,88 1,993 5,670136 1,91 2,020 5,434139 1,93 2,046 5,672142 1,95 2,072 5,882145 1,98 2,097 5,590148 2,00 2,122 5,757151 2,03 2,147 5,436154 2,05 2,171 5,564157 2,07 2,194 5,672160 2,10 2,218 5,311163 2,12 2,241 5,386166 2,14 2,263 5,445169 2,17 2,285 5,049172 2,19 2,307 5,080175 2,21 2,329 5,096178 2,23 2,350 5,098181 2,25 2,371 5,086184 2,27 2,391 5,062187 2,29 2,411 5,026190 2,31 2,431 4,978193 2,33 2,451 4,920196 2,35 2,470 4,851199 2,37 2,489 4,771

5. Para los termistores, calcule las constantes A, B, C y β.

Escogiendo los valores obtenidos en la medición de la parte central:

Temperatura (°C)

Resistencia ( Ω)

Temperatura (°K)

27 23,3 30028 22,3 30129 21,7 302

De la ecuación de Steinhart-Hart



1T1

=A+Bln (R1 )+C (ln (R1))3

1T2

=A+Bln (R2 )+C ( ln(R2))3

1T3

=A+Bln (R3 )+C ( ln(R3))3

Para el cálculo de:

β=ln (

R3

R2

)

1T 3

− 1T 2

Reemplazando datos se tiene:

1300

=A+Bln (23,3 )+C (ln(23,3))3

1301

=A+Bln (22,3 )+C( ln(22,3))3

1302

=A+Bln (21,7 )+C (ln(21,7))3

Resolviendo es sistema de ecuaciones:A=−1,135∗10E-2B=6,920∗10E-3C=−2,273∗10E-4Verificando:Para la temperatura de 50°C = 323°K y de resistencia de 11,1[Ω]

1323

=A+Bln (11,1)+C (ln(11,1))3

1323

=−1,135∗10E-2+ (6,920∗10E-3 )∗ln (11,1 )+ (−2,273∗10E-4 )∗( ln (11,1))3

3,096∗10E-3=3,036∗10E-3

β=ln ( 23.9

25.1)

1300

−1

299

=2479,300



6. De Internet obtenga información técnica relevante, referente a los Pt 100 y a los termistores, de por lo menos dos fabricantes o comercializadores de estos sensores.



TERMISTORES

HI 762PG

Sonda de Usos Generales /

HI 762PR


HI 762PW


http://www.hannabolivia.bo/productos/details/193/1610





Penetración Penetración Penetración

HI 762PG/10

Sonda de Usos Generales / Penetración cable de 10 m

HI 762PR/10


HI 762PW/10


HI 762A

Sonda Termistor de Aire / Gas

HI 762A/10

Sonda Termistor de Aire / Gas cable de 10 m

HI 762W

Sonda Termistor de Cable

HI 762W/10

Sonda Termistor de Cable cable de 10 m

HI 762BL

Sonda Termistor de Usos Generales / Liquidos

HI 762L

Sonda Termistor de Usos Generales / Liquidos

HI 762PBL

Sonda Termistor de Usos Generales / Penetración

HI 762PBL/10

Sonda Termistor de Usos Generales / Penetración cable de 10 m

HI 765A

Sonda Termistor Precalibrada de Aire / Gas mango blanco















HI 765A/10

Sonda Termistor Precalibrada de Aire / Gas mango blanco cable de

HI 765W

Sonda Termistor Precalibrada de Cable

HI 765W/10

Sonda Termistor Precalibrada de Cable cable de 10 m

HI 765L

Sonda Termistor Precalibrada de Usos Generales / Liquidos asa bl

HI 765BL

Sonda Termisto








Sonda Termistor de Usos Generales/Liquidos Características Como Pedir Características generales para las sondas HI 762: - Rango: -50 a 150 ºC - Precisión: +/- 0,2 ºC - Error de sonda: +/- 0,2 ºC - Tiempo de respuesta: 15 seg. - Asa de la sonda: ABS - Sonda: acero inoxidable AISI 316 Las sondas se suministran precalibradas con una posibilidad de error de +/- 0,2 ºC . Nota: Las sondas de la serie HI 762 se suministran con una cubierta gris para su identificación.

http://www.hannabolivia.com/catalogo/pdto.php?codigo=HI%20762BL#ComoPedir%23ComoPedir

http://www.hannabolivia.com/catalogo/pdto.php?codigo=HI%20762BL#Caracteristicas%23Caracteristicas



5. CONCLUSIONES

Se concluye que para la realización del presente laboratorio fue exitosamente, aunque se tuvo algunos inconvenientes con los aparatos a la hora del montaje del circuito y de la toma de mediciones.En el primer ensayo se puede comprobar el comportamiento del Pt 100, al hacer variar la temperatura y registrar datos de resistencia es Lineal y además que comparando con la tabla estándar del Pt 100 se comprueba que las lecturas realizadas están aceptables por ser muy próximos y no tener mucho error porcentual, lo cual quiere decir que el instrumento en cuestión no se encuentra descalibrado.En el segundo ensayo se utilizó el termistor pues con este se concluye que el comportamiento de este se asemeja más a una función exponencial al ir rebajando la resistencia al aumentar la temperatura. Y así se concluye que para el presente laboratorio se utilizó un Termistor NTC que como se demuestra la resistencia disminuye en cuanto sube la temperatura.



En el tercer ensayo se verifico que al utilizar un circuito para registrar valores de tensión se puede medir a que temperatura mediante el Pt 100 y así hacer uso de algunos aparatos electrónicos que nos ayuden a la automatización de los sistemas de medición.Por último en el cuarto ensayo se logró verificar el mismo comportamiento que tiene el circuito Puente de Wheatstone y así nos ayuda a registrar las variaciones de temperatura con la resistencia del Pt 100.Ya que con los experimentos realizados podemos conocer y demostrar si el instrumento esta calibrado, para que así este no presente complicaciones o errores a la hora de realizar cualquier proceso en el que sea necesario ducho instrumento.Se puede también concluir que en el presente laboratorio se conocieron físicamente y funcionalmente la mayoría de los sensores de medición de temperatura además de que son muy utilizados en las industrias, también se aprendió a la programación para dichas mediciones con el instrumento E5CK.

6. BIBLIOGRAFÍA

Texto Instrumentación “Texto Guía”. Ing. Xelier Tapia Gómez Páginas de internet:

www.hojas técnicas Pt100.com www.omega.com http://www.ingecozs.com/pt100.pdf http://www.vignola.cl/pdf_secciones/04/4-15-47.pdf http://www.jmi.com.mx/sensores-de-temperatura/catalogos-termopar-pt100.html www-hojas técnicas termistores.com www.hannainstruments.com http://www.4oakton.com/PDF/WD_3227SP_85.indd.pdf http://www.hannainst.com.mx/images/generales/descargas//fichatecnica/

hi93501n_fichatec.pdf http://www.elemon.com.ar/Media/catalogos/Semiconductores/Termistores

%20NTC.pdf

http://www.elemon.com.ar/Media/catalogos/Semiconductores/Termistores%20NTC.pdf

http://www.elemon.com.ar/Media/catalogos/Semiconductores/Termistores%20NTC.pdf

http://www.hannainst.com.mx/images/generales/descargas/fichatecnica/hi93501n_fichatec.pdf

http://www.hannainst.com.mx/images/generales/descargas/fichatecnica/hi93501n_fichatec.pdf

http://www.4oakton.com/PDF/WD_3227SP_85.indd.pdf

http://www.hannainstruments.com/

http://www.jmi.com.mx/sensores-de-temperatura/catalogos-termopar-pt100.html

http://www.vignola.cl/pdf_secciones/04/4-15-47.pdf

http://www.ingecozs.com/pt100.pdf

http://www.omega.com/

http://www.hojas/

laboratorio n1

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