1. SENSORES DE TEMPERATURA -La medida de temperatura constituye una de las mediciones ms comunes y ms importantes que se efectan en los procesos industriales. Las limitaciones del sistema de medida quedan definidas en cada tipo de aplicacin por la precisin, por la velocidad de captacin de la temperatura, por la distancia entre el elemento de medida y el aparato receptor y por el tipo de instrumento indicador, registrador o controlador necesarios; en importante sealar que es esencial una comprensin clara de los distintos mtodos de medida con sus ventajas y desventajas propias para lograr una seleccin ptima del sistema ms adecuado. -Algunos de los sensores de temperatura utilizados en la industria son: Sensores de Bulbo: existen de diversos tipos tales como de mercurio, de gas, de vapor, actuados por lquido.

Sensores Bimetlicos.

Sonda de Resistencia: se dividen en dos tipos que son de resistencia de Nquel y de resistencia de platino.

Sensor de Germanio.

Termistores.

Radiacin Bajo Campo.

Radiacin Alto Campo.

Pirmetro ptico.

Espectrofotmetro.

-En la siguiente imagen se muestra los rangos de aplicacin de dichos sensores en base al punto de congelacin y ebullicin del agua:

Campo de medida de los Sensores de Temperatura

2. CLASIFICACIN DE LOS SENSORES TIPO DE BULBO

-Los termmetros tipo bulbo consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el lquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevacin de la temperatura en el bulbo. -Hay cuatro clases de este tipo de termmetros:

y

CLASE I:

Termmetros actuados por lquido: tienen el sistema de medicin lleno de lquido y como su dilatacin es proporcional a la temperatura, la escala de medicin resulta uniforme. El volumen del lquido depende principalmente de la temperatura del bulbo, de la del capilar y de la del elemento de medicin (temperatura ambiente). Por lo tanto, para capilares cortos hasta 5m, slo hay que compensar el elemento de medicin para evitar errores debidos a variaciones de la temperatura ambiente (clase IB). Para capilares ms largos hay que compensar tambin el volumen del tubo capilar (CLASE IA). Los lquidos que se utilizan son alcohol y ter.

Sensor Tipo Bulbo Actuado por Lquido y CLASE II:

Termmetros actuados por vapor: contienen un lquido voltil y se basan en el principio de presin de vapor. Al subir la temperatura aumenta la presin de vapor del lquido. La escala de medicin no es uniforme, sino que las distancias entre divisiones van aumentando hacia la parte ms alta de la escala. La presin en el sistema depende solamente de la temperatura en el bulbo. Por consiguiente, no hay necesidad de compensar la temperatura ambiente. Si la temperatura del bulbo es mayor que la temperatura ambiente, el capilar y el elemento de medicin estn llenos de lquido (clase IIA), siendo necesario corregir la indicacin en la diferencia de alturas entre el bulbo y el elemento de medicin. Si la temperatura del bulbo es ms que la ambiente, el sistema se llena de vapor (clase IIB). La clase IIC opera con la temperatura del bulbo superior e inferior a la ambiente. La clase IID trabaja con la

temperatura del bulbo superior, igual e inferior a la temperatura ambiente empleando otro lquido no voltil para transmitir la presin de vapor.

Sensores de Bulbo actuados por vapor Clase IIA y IIB

Sensores de Bulbo actuados por vapor Clase IIC y IID CLASE III:

y

Termmetros actuados por gas: estn completamente llenos de gas al subir la temperatura, la presin del gas aumenta proporcionalmente y por lo

tanto estos termmetros tienen escalas lineales. La presin en el sistema depende principalmente de la temperatura del bulbo, pero tambin de la temperatura del tubo capilar y del elemento de medicin, siendo necesario compensar la temperatura del ambiente en el sistema de medicin. y CLASE IV:

Termmetros actuados por mercurio: son similares a los termmetros actuados por lquido. Pueden tener compensacin en la caja y compensacin total. 3. APLICACIONES INDUSTRIALES Y FORMA DE APLICACIN -En muchas ocasiones, la velocidad de respuesta del sistema de bulbo de temperatura llega a ser muy importante. En ocasiones, ese factor se considera ms importante que otras cualidades que tambin son bsicas para un buen termmetro o sistema de termomedicin. El ndice o la velocidad de respuesta debe ser suficientemente rpida para seguir con precisin los cambios de temperatura que se deben medir. -En aplicaciones industriales, el termmetro de bulbo ideal no siempre representa el sistema de respuesta ms rpido. Por lo comn se trata de uno diseado o desarrollado especficamente para la aplicacin particular. Este desarrollo de la aplicacin incluye un anlisis serio del proceso, el aparato, las temperaturas mnimas y mximas de operacin, el retardo del proceso, la velocidad a que se producen los cambios de temperatura, el espacio disponible para montar el bulbo, la rapidez con que circula el medio en la ubicacin propuesta del bulbo, el tipo de medio al que se expone el bulbo, la longitud del capilar de conexin y por ltimo, aunque no menos importante, el abuso al que est sometido el bulbo, el capilar o el instrumento en dicha aplicacin. 4. TERMMETROS BIMETLICOS

-Los termmetros bimetlicos se construyen casi siempre de dos tiras delgadas de metales diferentes que se unen a todo lo largo. En termmetros industriales a estas tiras unidas se le da forma de de bobina helicoidal. Un extremo de la bobina va soldado al vstago del termmetro y el otro al eje indicador. -El principio de operacin de un termmetro bimetlico es relativamente simple. Los metales tienen diferentes coeficientes de expansin y, al aplicarles calor, se expanden con velocidades y magnitudes diferentes. La bobina helicoidal se forma colocando el metal con el mayor coeficiente de expansin en el lado externo. Cuando se aplica calor al vstago del termmetro, la bobina se arrolla y este movimiento hace que el eje y el indicador giren. Con el diseo apropiado de la bobina arrollada en forma helicoidal se puede obtener un movimiento angular adecuado con una elongacin muy pequea de la hlice. -los termmetros bimetlicos no se recomiendan en servicio continuo con temperaturas superiores a 430C o por encima de 542C en servicio intermitente. Todos los metales tienen limitaciones fsicas y pueden sufrir distorsiones por fluencia o por pandeo permanente. Esto significa que lo metales no vuelven a su condicin original y que no son exactas las temperaturas. Los termmetros bimetlicos se pueden emplear entre los lmites de -40 a 542C y puede esperarse que reproduzcan las lecturas con precisin de 430C. -Los materiales mas usados en los termmetros bimetlicos son Invar (una aleacin entre nquel y hierro) como el metal de expansin baja y latn (aleacin de nquel y cromo) como el metal de expansin alta. 1% cuando no se utilizan en servicio continuo por encima de

Sensor Bimetlico 5. SENSORES POR CAMBIO EN EL ESTADO FSICO O QUMICO -Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenmenos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran: a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (slidos, lquidos o gases). b) Variacin de resistencia de un conductor (Sondas de resistencia). c) Variacin de resistencia de un semiconductor (termistor). d) f.e.m. (fuerza electro motriz) creada en la unin de dos metales distintos (termopares). e) Intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo (pirmetros de radiacin). f) Otros fenmenos utilizados en el laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal).

6. TERMOCUPLAS

-El termopar como tambin se le conoce consiste en dos conductores metlicos diferentes, unidos en un extremo denominado casi siempre unin caliente o detectora, y que van conectados a algn instrumento de medicin de f.e.m. (fuerza electromotriz), o sea, un milivoltmetro potencimetro en el extremo frio de los conductores. La f.e.m. medida se compara normalmente con una referencia, por ejemplo, el punto de fusin de hielo. Este circuito bsico contiene todos los elementos esenciales para levar a cabo una medicin de temperatura. El termopar T presenta los conductores diferentes A y B unidos en la unin caliente o detectora a los alambres de conexin C, que van desde la cabeza conectora de la unin caliente hasta la unin de medicin, que incluye al medidor M y la unin de referencia TR. El medidor M mide la diferencia de f.e.m. entre la unin caliente y la de referencia, T - TR. Esto muestra que los termopares son, en realidad, detectores que miden temperaturas diferenciales, lo que significa simplemente que miden la diferencia de temperatura que existe entre el extremo de la unin caliente y la unin de referencia. -Se requieren algunas cosas para obtener cierta precisin para la mejor medicin y el control ptimo. Los conductores deben generar una fem tan grande como sea posible para un cambio unitario de temperatura y deben poseer ciertas caractersticas para lograr esto. En 1821, Seebeck observ que cuando funda un alambre de cobre a uno de hierro y calentaba el extremo fundido, obtena una f.e.m. Tambin descubri que flua una corriente del cobre al hierro en el extremo o terminal calentado. Esta fue la primera observacin de que se tiene conocimiento del fenmeno de la corriente termoelctrica. Los descubrimientos posteriores revelaron que el flujo de corriente observado por Seebeck se deba, aparentemente, a dos causas independientes. Cada una de ellas recibi el nombre de los cientficos que las descubrieron. Hoy en da, estas dos fuentes de f.e.m. se conocen como efecto Peltier y efecto Thomson.

Termopar

Curvas Caractersticas de f.e.m. / Temperatura de los Termopares

7. TRANSDUCTORES ELCTRICOS DE PRESIN -Los transductores para mediciones de parmetros fsicos, como presin y temperatura, se definen como el dispositivo que convierte la energa de una forma a otra, ste debe presentar las siguientes caractersticas: y Deben medir con exactitud la magnitud del fenmeno fsico. Debe reproducir con exactitud el evento fsico en relacin con el tiempo. Desde el punto de vista ideal, no debe tener un retardo de tiempo.

y

y

Debe reproducir exactamente todo el rango de frecuencia del fenmeno fsico sin cambios o degradaciones en ninguna porcin del espectro que se est midiendo.

y

Debe producir datos exactos en medio ambientes extremos de humedad, temperatura, choques o vibraciones.

y

Debe ser capaz de proporcionar una seal de salida que sea compatible con el equipo acondicionador de seal sin modificar las caractersticas del suceso original.

y

Debe tener una construccin fuerte y ser lo suficientemente simple para funcionar de manera que lo pueda manejar el personal inexperimentado sin daarlo o sin afectar las caractersticas de su seal.

-Los transductores se utilizan para interpretar la energa fsica en trminos de corrientes o voltajes equivalentes. Gran parte de la energa fsica que se

mide se relaciona con el movimiento o las fuerzas mecnicas como desplazamiento, aceleracin, vibracin o presin. Transductores Piezorresistivos: los extensmetros se utilizan

comercialmente en transductores para transformar presin, aceleracin, carga, fuerza y deflexin en salidas elctricas proporcionales a la entrada fsica. Son tiles tanto para aplicaciones estticas como dinmicas dentro de los lmites de su respuesta de frecuencia y proporcionalidad lineal y, en muchas aplicaciones, constituyen los mejores mtodos para obtener las mediciones necesarias. Por lo comn, los transductores piezorresistivos emplean medidores de hoja metlica para fines especiales. La respuesta de frecuencia caracterstica es comparativamente menor debido a las

limitaciones mecnicas de los mecanismos usados, sobre todo en unidades ms sensibles. El uso de medidores de semiconductor en estos transductores incrementa notablemente el voltaje de salida disponible y la respuesta de frecuencia debida al factor de celda incrementado de este tipo de extensmetros. Transductores Piezoelctricos: Los elementos piezoelctricos son

materiales cristalinos que al deformarse fsicamente por la accin de una presin, generan una seal elctrica. Dos materiales tpicos en los transductores piezoelctricos son el cuarzo y el titanato de bario, capaces de soportar temperaturas del orden de 150 C en servicio continuo y de 230 C en servicio intermitente. -Son elementos ligeros, de pequeo tamao y de construccin robusta. Su seal de respuesta a una variacin de presin es lineal y son adecuados para medidas dinmicas, al ser capaces de respuestas frecuenciales de hasta un milln de ciclos por segundo.

Transductor Piezoelctrico Transductores Resistivos: Constituyen, sin duda uno de los transmisores elctricos ms sencillos. Consisten en un elemento elstico (tipo bordn o capsula que varia la resistencia hmica de un potencimetro en funcin de la presin. El potencimetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal o no de resistencia. Existen varios tipos de potencimetros segn sea el elemento de resistencia: de grafito, de resistencia bobinada, de pelcula metlica y de plstico moldeado.

Transductor Resistivo Transductores Capacitivos: se basa en la variacin de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la

aplicacin de presin. La placa mvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tiene dos condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o bien en circuitos de puente Wheatstone alimentados con corriente alterna.

Transductor Capacitivo Transductor Magntico: se clasifican en dos tipos segn el principio de funcionamiento. a) Transductores de Inductancia Variable: el desplazamiento de un ncleo mvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de sta en forma casi proporcional a la porcin metlica del ncleo contenida dentro de la bobina.

Transductor de Inductancia Magntica -El devanado de la bobina se alimenta con una corriente alterna y la f.e.m. de autoinduccin generada se opone a la f.e.m. de alimentacin, de tal modo que al ir penetrando el ncleo mvil dentro de la bobina la corriente presente en el circuito se va reduciendo por aumentar la f.e.m. de autoinduccin. b) Transductores de Reluctancia Variable: Consisten en un imn permanente o un electroimn que crea un campo magntico dentro del cual se mueve una armadura de material magntico. -El circuito magntico se alimenta con una fuerza magnetomotriz constante con lo cual al cambiar la posicin de la armadura varia la reluctancia y por lo tanto el flujo magntico. Esta variacin del flujo da lugar a una corriente inducida en la bobina que es, por tanto, proporcional al grado de desplazamiento de la armadura mvil.

Transductores de Reluctancia Variable