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introduccion

un transductor es un dispositivo capaz de transformar un tipo determinado de energía a su entrada y expresarla a su salida en otra distinta. Estos elementos son ampliamente usados en diversas aplicaciones que necesitan controlarse para realizar un proceso ;entre los tipos de transductores se encuentran los sensores que son elementos capaces de detectar magnitudes físicas (humedad,temperatura,caudal,ph,etc ), llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas Es fácil realizar medidas ambientales con un sistema de adquisición de datos, entre ellas la temperatura pero la realización de medida de la misma exacta y repetible no es tan fácil.

La temperatura es un factor de medida engañoso debido a su simplicidad. A

menudo pensamos en ella como un simple número, pero en realidad es una estructura estadística cuya exactitud y repetitividad pueden verse afectadas por la masa térmica, el tiempo de medida, el ruido eléctrico y los algoritmos de medida.

BASES CIENTIFICAS • Efecto Seebeck: al unir dos cables de materiales

diferentes formando un circuito, se presenta una corriente eléctrica cuando las junturas se encuentran a diferente temperatura.

• Efecto Peltier: consiste en que cuando una corriente eléctrica fluye a través de una juntura de dos metales diferentes, se libera o absorbe calor. Cuando la corriente eléctrica fluye en la misma dirección que la corriente Seebeck, el calor es absorbido en la juntura caliente y liberado en la juntura fría.

• Efecto Thomson: un gradiente de temperatura en un conductor metálico está acompañado por un gradiente de voltaje, cuya magnitud y dirección depende del metal que se esté utilizando.

Sensores Termoresistivos :RTD

• Un RTD (del inglés: resistance temperature detector) es un detector de temperatura resistivo, es decir, un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura.

• Su símbolo es el siguiente, en el que se indica una variación lineal con coeficiente de temperatura positivo.

• La resistividad de un metal aumenta al incrementar la temperatura dado que los iones de este vibran con mayor amplitud. Esto dificulta el avance de los electrones a través del conductor.

• Los dos tipos de RTD son: bobinado que permite la contracción y dilatación del material sensible y laminado que tiene menor masa térmica, es más barato, aunque con menor estabilidad.

CLASIFICACIÓN - De respuesta rápida: Vaina de Cobre. Alta conductividad

- Sumergibles: Vaina de acero INOX. Resistente a la corrosión

- Aislados eléctricamente: Vaina de fibra de vidrio

- De alta temperatura: Platino con aleación de Níquel

- Cobertura mineral: aplicaciones mecánicamente agresivas

(vibración, choque)

- Para sectores industriales: Plásticos, radiación, etc.

PT100

• Un Pt100 es un sensor de temperatura. Consiste en un alambre de platino que a 0 °C tiene 100 ohms y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica. El incremento de la resistencia no es lineal pero si creciente y característico del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde.

APLICACIONES

• Ampliamente usados en la industria

• Medición de temperatura en automóviles, electrodomésticos, ...

• Tensiones relativamente altas en la salida permiten alimentar directamente otros equipos.

Usados en:

- Laboratorios de precision

- Ohmiometros

- Termometros en ambiente exigente

RTD • Referencias • Fabricantes

RTD: FABRICANTES

RTD VENTAJAS

• Margen de temperatura bastante amplio.

• Proporciona las medidas de temperatura con mayor exactitud y repetitividad.

• El valor de resistencia del RTD puede ser ajustado con gran exactitud por el fabricante (trimming), de manera que su tolerancia sea mínima. Además, éste será bastante estable con el tiempo.

• Los RTD son los más estables con el tiempo, presentando derivas en la medida del orden de 0.1 °C/año.

• La relación entre la temperatura y la resistencia es la más lineal.

DESVENTAJAS

• El tamaño y la masa de un RTD será también mayor que el de un termopar o un termistor, limitando además su velocidad de reacción.

• Los RTD se ven afectados por el autocalentamiento.

• Los RTD no son tan durables como los termopares ante vibraciones, golpes

TERMISTOR

• Son dispositivos basados en óxidos metálicos semiconductores que exhiben un gran cambio en su resistencia eléctrica cuando se someten a cambios relativamente pequeños de temperatura. Pueden ser de coeficiente de temperatura positivo (PTC) o negativo (NTC), siendo estos últimos los más utilizados.

Tipo de termistores

• NTC • resistores no lineales cuya resistencia

disminuye fuertemente con la • temperatura. El coeficiente de temperatura

es negativo y elevado. • a =1R • dR • dT de -2 a -6 % / ºC a Temperatura ambiente. • Resistor lineal (efecto parásito) • a »- 200 ppm / ºC Þ R (25ºC) = 10 K R (50 ºC)

= 9,95 K • Resistor no lineal NTC (efecto intencionado) • a »- 4 % / ºC Þ R (25ºC) = 10 K R (50ºC) = 3,9

K

• PTC • resistores no lineales cuya resistencia

aumenta fuertemente con la • temperatura. El coeficiente de temperatura

es positivo y elevado. • a =1R • dR • dT de 10 a 80 % / ºC • ·Los materiales usados son cerámicas

(titanatos) con estructuras multigrano. • La conducción eléctrica está controlada por

las fronteras entre los granos. • ·La dependencia deseada de la resistencia

con la temperatura solamente • tiene lugar en determinado margen de

temperaturas.

CARACTERISTICAS

1.Su rango de temperaturas esta entre -50ºC y 150ºC,aunque las unidades encapsuladas pueden alcanzar hasta los 300ºC. 2. En la mayoría de la aplicaciones para una temperatura de 25ºC la resistencia varía entre 100 ohm y 100Kohm. 3. Tienen un tamaño reducido que hacen que la repuesta a los cambios de temperatura sea rápida(tienen mayor sensibilidad a los cambios de temperatura que otro transconductores). 4. Son autocalentables, lo que hace que puedan ser indeseables en algunas aplicaciones, y que otras bases su funcionamiento en ese fenómeno. 5. Gracias a la intercambiabilidad(tolerancia con la que es producido un termistor),es posible cambiar un termistor por otro en un sistema, sin necesidad de volver a calibrar el aparato de medida.

TERMISTORES

• VENTAJAS • son más económicos, estables

y confiables, • proveen un alto grado de

intercambiabilidad, • pueden hacerse lo su-

ficientemente pequeños para permitir la medición puntual

• facilitan la medición remota a través de cables largos y tienen una mayor sensibilidad o respuesta de señal.

• DESVENTAJAS • Su respuesta no es lineal. • Bajos limites de operación.

Termistores • Referencias • Fabricantes

PIROMETRO

El pirómetro es un instrumento para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiación visible emitida por objetos calientes, y mide el calor de la radiación mediante un par térmico o la luminosidad de la radiación visible (ya con los avances de la electrónica no necesariamente tiene que ser visible). El Pirómetro es el único termómetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 °C.

PIROMETRO: FUNCIONAMIENTO

El sistema óptico del pirómetro de radiación recolecta parte de la radiación proveniente de una muestra de la superficie y la dirige al detector. El cual la convierte en una señal eléctrica. El circuito electrónico convierte la señal eléctrica en una correspondiente a la temperatura de la superficie.

TIPOS DE PIROMETROS RADIACION TOTAL

Son los que miden la temperatura captando toda o una gran parte de la radiación emitida por el cuerpo en todas las longitudes de onda. Los pirómetros de radiación se fundamentan en la ley de Stefan – Boltzman que dice que la energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo negro aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir: W = σ T4 donde: W (potencia emitida) es el flujo radiante por unidad de área, σ es la constante de Stefan - Boltzman (cuyo valor es 5.67 10-8 W / m2 K4) y T es la temperatura en Kelvin. Si el cuerpo radiante de área A está dentro de un recinto cerrado que está a la temperatura To, su pérdida neta de energía por segundo, por radiación está dada por: U = σ A (T4 - To4) El medio de enfocar la radiación que le llega puede ser una lente o un espejo cóncavo.

RADIACION PARCIAL Son los instrumentos que miden la temperatura de un cuerpo en función de la radiación luminosa que éste emite, basándose en la ley de istribución de la radiación térmica de Wien, que dice que la longitud de onda correspondiente al máximo de potencia irradiada en un intervalo infinitamente pequeño de longitudes de onda es inversamente proporcional a la temperatura del cuerpo, es decir: • λm = A / T, • donde A = 0.2897; si λm viene en cm.

PIROMETROS VENTAJAS

•Son los unicos que se usan para medir temperaturas superiores a 1450 grados celsius

•Pueden medir la temperaturaen lugares inaccesibles

DESVENTAJAS

•Reaccionan bastante lentos a temperaturas muy bajas.

Usos

• 1. donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno

• 2. para la medida de temperaturas de superficies • 3. para medir temperaturas de objetos que se muevan • 4. para medir temperaturas superiores a la amplitud de

los pares termoeléctricos formados por metales comunes

• 5. donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoeléctrico caliente

• 6. cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura

PIROMETROS

Catalogo Pirometro PCE-FIT Body-Modus (temperatura

corporal) Surface-Modus (temperatura superficial) Resolución: 0,1 ºC Precisión: ±

0,3 °C Función de alarma: límete de alarma ajustable (estándar 38 ºC)

• Pirómetro PCE-IVT Pirómetro de hasta 1.000 ºC, muestra adicionalmente la temperatura y humedad del aire, memoria de datos, función cámara Medición por infrarrojos Conexión para sensor de temperatura tipo K Indicación adicional de temperatura y humedad del aire

CONCLUSIONES RTD Termistor Sensor de IC Termopar o

Termocupla

Ventajas

Más estable. Más preciso. Más lineal que los Termopares.

Alto rendimiento Rápido Medida de dos hilos

El más lineal El de más alto rendimiento Económico

Autoalimentado Robusto Económico Amplia variedad de formas físicas Amplia gama de temperaturas

Desventajas Caro. Lento. Precisa fuente de alimentación. Pequeño cambio de resistencia. Medida de 4 hilos Autocalentable

No lineal. Rango de Temperaturas limitado. Frágil. Precisa fuente de alimentación. Autocalentable

Limitado a < 250 ºC Precisa fuente de alimentación Lento Autocalentable Configuraciones limitadas

No lineal Baja tensión Precisa referencia El menos estable El menos sensible

• http://www.ingeniatic.net/index.php/tecnologias/item/588-sensores-de-temperatura-rtd

• http://www.jmi.com.mx/catalogo_sensores/Tablas_RTD.pdf

• http://www.jmi.com.mx/catalogo_sensores/Tablas_Termopares.pdf

• http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/sistemas/sensores-temperatura.htm