Temperatura 2 1

SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA Página 1

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.



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.



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.



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:



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.



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.



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



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



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.



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



CÓDIGO DE COLORES

El propósito es establecer uniformidad en la designación de los termopares y cables de extensión, por medio de colores en sus aislamientos e identificar su tipo o composición así como su polaridad



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.



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



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



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.



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



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



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



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



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



• 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.



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



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.



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



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,



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.


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



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).

http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/14166



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



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.





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



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.



- 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.


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.



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.



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



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.



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.




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.



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.



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.

https://es.wikipedia.org/wiki/Termostato



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.

https://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Climatizaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Industria

https://es.wikipedia.org/wiki/Arte_culinario

https://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n#Regulaci.C3.B3n_por_temperatura



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

https://es.wikipedia.org/wiki/Agua_caliente_solar

https://es.wikipedia.org/wiki/Colector_solar

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Termostato_diferencial&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Termostato_diferencial&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/wiki/Anticongelante

https://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_%28calefacci%C3%B3n%29

https://es.wikipedia.org/wiki/Calentador_de_agua_circulante

https://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro



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



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).



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.



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.



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.



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:



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)



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.



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.



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

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