Medición de temperatura

Transcripción

1 Medición de temperatura Termómetro El termómetro de vidrio consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio, que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar. El rango de temperatura en el cual trabajan algunos fluidos es: Mercurio: ( 35, 280 C) Mercurio (tubo capilar lleno de gas): ( 35,450 C) Pentano: (200, 20 C)

2 Medición de temperatura Termómetro bimetálico Se basa en el distinto coeficiente de dilatación de metales diferentes. Consiste en dos tiras de metales distintos unidas, donde el cambio de temperatura se refleja como cambios distintos de longitud en ambos metales. Contiene pocas partes móviles, sólo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral. Se puede utilizar como interruptor en aplicaciones de control. Su precisión es del 1% del valor medido, y rango de medición ( 200, 500 C)

3 Medición de temperatura Termómetro de bulbo y capilar Es un termómetro de presión donde el elemento sensor consiste en un bulbo que contiene gas. Como el gas está encerrado, los cambios de temperatura se traducen en cambios de presión. Esto se transmite a una espiral (como el tubo Bourdon) que transmite el movimiento a la aguja indicadora. Precisión 1%, rango de medición ( 200, 500 C)

4 Medición de temperatura Efecto termoeléctrico Los temopares se basan en este principio de funcionamiento: Al conectar dos metales distintos se genera una fuerza electromotriz que depende de la temperatura en la unión de los metales. Según la Ley de Seebeck, esta fuerza electromotriz se aproxima a fem=sab. T, esta relación es No Lineal El coeficiente de Seebeck, Sab, es una propiedad intrínseca del metal, que depende de la temperatura y composición del material, pero no así, de sus dimensiones.

5 Medición de temperatura Cambios de resistencia El funcionamiento de estos instrumentos se basa en el principio del cambio resitencia eléctrica con la de temperatura. El sensor está conectado en un puente, (RTD S y termistores). Pirómetros de radiación. Los pirómetros de radiación miden la temperatura de un cuerpo a distancia en función de la radiación emitida por este. Se fudamentan en la Ley de Stefan Boltzman, que dice que la intensidad de la energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo se relaciona con la temperatura como W=K.T 4.

6 Termopares Un termopar está formado por dos metales distintos, donde se distingue la juntura de medición y la juntura de referencia. Ley de los metales homogéneos Si el dispositivo es del mismo metal, no se genera corriente por la aplicación de calor

7 Termopares Ley de los metales intermedios No se genera fem si la temperatura es constante. Ley de las temperaturas sucesivas

8 Termopares Cuarta ley. Derivada de las anteriores. Esto se resume en: Tm Tref fem= Sa dt Sb dt =Sab T Tref Tm

9 Termopares Tipos de termopares Tipo Termopar Materiales Rangos de aplicación ( C) Atmósfera de aplicación Característica T Cobre constantan 200, 260 Húmedas, reductoras y oxidantes Aplicable en criogenia J Hierro Constantan 15, 750 Donde existe deficiencia de oxígeno libre. Reductoras E Cromel Constantan 200,900 Oxidantes. Se pueden usar en vacío o atmósfera inerte Fem más alta por variación de temperatura. Más inexacto K Cromel alumel 280,580 Oxidantes. En reductoras si está protegido. R, S, B Platino radio Hasta 1650 C Tungsteno renio Hasta 2600 Oxidantes. Se contaminan con facilidad. Menos sensibles. Más exactos. Más costosos.

10 Termopares

11 Termopares Cables de extension Los termopares son muy pequeños, por ello se necesitan cables de extensión para conectarlos con el resto de los instrumentos. Estos son del mismo material del termopar pero de menor calidad. Los cables de extensión son conductores con propiedades eléctricas similares a las del temopar. Las conexiones deben ser perfectas y deben evitar el paso de fuentes de calor

12 Termopares Construcción de los termopares Termopilas. Consiste en varios termopares en serie, donde todas las junturas de referencia están a la misma temperatura. El efecto de conectar n termopares juntos en serie es que la fem se incrementa en un factor n. fem=n.sab(th Tref) Termopar diferencial fem=sa.(th Tref)+Sb.(Th Th )+Sa.(Th Tref)=Sab.(Th Th ) Termopar intrínseco El material cuya temperatura se desea medir forma parte del circuito termoeléctrico. Su respuesta es muy rápida. Se utilizan en la medición de temperatura de metal líquido.

13 Protección de los termopares Protección de los termopares Desnudos La juntura de medición esta expuesta. Los cables se aíslan mediante un tubo especial que puede ser de cerámica o por un recubrimiento fibroso. Para utilizar este tipo de termopar, no debe ser afectado químicamente por la atmósfera donde será utilizado. Se debe ser cuidadoso con la soldadura de los cables, para que este tercer metal no ocasione descalibración

14 Protección de los termopares Protegidos o encapsulados Juntura conectada a tierra. Los cables están soldados a un extremo del encapsulado. Su construcción es mas simple y su velocidad de respuesta mayor que los termopares aislados. La medición pude verse afectada por lazos de tierra. No sirve para termopares R, S o B. Juntura aislada. El circuito del termopar esta aislado de tierra. Si el diámetro del encapsulado es muy pequeño, su fabricación es difícil. Su velocidad de respuesta es menor que el de juntura conectada a tierra. Los defectos en el aislamiento del termopar pueden determinarse midiendo la resistencia entre el cable y el encapsulado.

15 Criterios de selección Características de rendimiento del termopar Exactitud, tiempo de respuesta y rango de medición. Ambiente en el cual va ser utilizado el termopar Costos de instalación y mantenimiento. Compatibilidad con el instrumento receptor Ventajas: Diseño y operación simple Son pequeños, flexibles y de fácil instalación en ubicaciones remotas. Bajo costo. Los componentes del sistema de medición se pueden reemplazar individualmente. Amplio rango de medición Buena exactitud Desventajas: Baja potencia de la señal de salida Se deben conocer las técnicas de compensación de la juntura fría Requiere de calibración periódica

16 Fuentes de error en la medición Errores debidos a aislamiento eléctrico. Esto ocurre cuando la resistencia del encapsulado disminuye lo suficiente como para permitir la conexión eléctrica entre el termopar, sus cables y el encapsulado. Errores debidos a los cables de extensión. Errores debidos a variaciones de temperatura en la juntura de referencia. Errores debidos a campos magnéticos. Cambia el coeficiente Seebeck del material Errores debidos a ruido eléctrico y lazo de tierra.