SENSORES DE TEMPERATURA

Transcripción

1 SENSORES DE TEMPERATURA

2 SENSORES Termómetro bimetálico Termómetros de bulbo y capilar Termómetros de resistencia Sondas Termistores Termocuplas Pirómetros

3 TERMÓMETRO BIMETÁLICO Su principio de funcionamiento se fundamenta en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes laminados conjuntamente (α). Las láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices. El uso de termómetros bimetálicos es admisible para servicio de 0 C a 400 C. dl=a*l*dt usado donde se necesita un indicador

4 TERMÓMETROS DE BULBO Y CAPILAR Los termómetros tipo bulbo y capilar consisten, en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse, moviendo la aguja sobre la escala. Hay clases para este tipo de termómetros dependiendo del material que contiene el bulbo: líquido, vapor, gas y mercurio. Según el largo del capilar deberán de presentar compensaciones.

5 TERMÓMETROS DE RESISTENCIA El funcionamiento de estos termómetros consiste en la variación de la resistencia eléctrica del material que constituye lo llamado sonda en función del cambio de la temperatura a la cual se encuentra.

6 TERMÓMETROS DE RESISTENCIA Características: Los materiales que forman el conductor de la resistencia deben poseer las siguientes características: Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el instrumento de medida será muy sensible. Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura dada tanto mayor será la variación por grado dando mayor sensibilidad. Relación lineal resistencia-temperatura. Estabilidad de las características durante la vida útil del material.

7 TERMÓMETROS DE RESISTENCIA Platino Dado que el platino se puede obtener con altos valores de pureza, tiene una buena resistencia química, es fácil manufacturable y tiene buena reproducibilidad de las propiedades eléctricas es el más usado cómo este tipo de sondas. La relación entre su resistencia y la temperatura para esta sonda se desarrolla como un polinomio el cual para determinados rangos presenta la siguiente expresión lineal: Rt = R0 (1 + αt) R0 = resistencia en ohmios a 0 C Rt = resistencia en ohmios a t C α= coeficiente de temperatura es de 0, ohm/ C)

8 TERMÓMETROS DE RESISTENCIA Instalación:

9 Ejemplos, ejercicios y demostraciones..

10 TERMISTORES Son semiconductores electrónicos que al igual que los sensores anteriores presentan un coeficiente de temperatura de resistencia. Para estos materiales este coeficiente puede ser de valor negativo NTC (Negative Temperature Coeficient) o de valor positivo PTC (Positive Temperature Coeficient).

11 TERMISTORES NTC La relación entre la resistencia del termistor y la temperatura viene dada por la expresión: Rt = resistencia en ohm a la temperatura absoluta Tt R0 = resistencia en ohm a la temperatura absoluta de referencia T0 β = constante del termistor

12 TERMISTORES Características Como se puede apreciar en la gráfica los coeficientes de temperatura presentan valor elevado, por lo que el sensor tiene unas variaciones rápidas, y extremadamente grandes, para los cambios, relativamente pequeños, en la temperatura. Los termistores se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otros metales, y están encapsulados en sondas y en discos. En intervalos amplios de temperatura, los termistores tienen características no lineales. Al tener un alto coeficiente de temperatura, poseen una mayor sensibilidad que las sondas de resistencia ya estudiadas. Apesar de lo mencionado, su no linealidad y su deriva no son ampliamente utilizados en la industria. Su bajo costo solo los coloca de manera masiva en la industria automovilística por ejemplo

13 TERMOPARES o TERMOCUPLAS Los termopares son la unión de dos conductores diferentes, donde cada unión se encuentra a diferente temperatura. Por las leyes que intervienen en el proceso se deduce que en el circuito se desarrolla una pequeña tensión térmica continua, proporcional a la diferencia de temperatura entre la unión de medida (unión caliente) y la unión de referencia (unión fría). Los valores de esta f.e.m. están tabulados con la unión de referencia a 0 C.

14 TERMOPARES Su principio de funcionamiento se basa en parte en el efecto Seebeek, en la circulación de una corriente en un circuito cerrado formado por dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a distinta temperatura. Este efecto es la superposición del efecto Peltier y el Efecto Thmpson.

15 TERMOPARES Características Los materiales que componen las termocuplas, su pureza, etc se encuentran normalizados.la selección de los alambres para los termopares se hace de forma que tengan una resistencia adecuada a la corrosión, a la oxidación, a la reducción y a la cristalización y que desarrollen una f.e.m. relativamente alta, que sean estables, de bajo coste 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. La selección de qué tipo de termocupla usar depende del rango de utilización, las condiciones ambientales, los ciclos de uso, etc. ya que la degradación de cada metal depende de varias condiciones.

16 TERMOPARES Tipos Los termopares más comunes son: E de Cromel/Constantan, T Cobre/Constantán, J de Hierro/Constantan, K de Cromel/Alumel, R Platino-13% Rodio/Platino, S Platino-10% Rodio/Platino.

17 TERMOPARES Clases Clases y desviaciones permitidas para las termocuplas según EN

18 Ejemplos, ejercicios y demostraciones..

19 PIRÓMETROS DE RADIACIÓN Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan-Boltzmann, que dice que la intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (Kelvin) del cuerpo, es decir: W = K T^4 Los pirómetros de radiación miden, pues, la temperatura de un cuerpo a distancia en función de su radiación. Existen varios tipos y conforme va avanzando la tecnología estos fueron mejorando.

20 Pirómetros ópticos Los pirómetros ópticos manuales aparecieron en el mercado en el año 1900 y se basan en la desaparición del filamento de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado. El operador varía la corriente de la lámpara hasta que el filamento de la misma deje de verse sobre el fondo del objeto caliente enfocado y esto se relaciona con la temperatura del filamento.. Este sistema sólo puede medirse la temperatura de objetos incandescentes o en fusión.

21 Pirómetro de infrarrojos El pirómetro de infrarrojos capta la radiación espectral del infrarrojo, invisible al ojo humano, y puede medir temperaturas de 0 C a 4000 C. La lente filtra la radiación infrarroja emitida por el área del objeto examinado y la concentra en un sensor de temperatura fotoresistivo que la convierte en una señal de corriente y, a través de un algoritmo interno del instrumento y de la emisividad del cuerpo enfocado, la pasa a un valor de temperatura. La cámara termográfica tiene el mismo principio de funcionamiento pero proyecta los resultados sobre una imgan

22 Qué sensor elijo para medir temperatura?

23 Selección: Rango de temperatura a medir Requerimientos de precisión no solo al comienzo sino también a lo largo del tiempo. Tener en cuenta la degradación del sensor en determinados ambientes o expuesto a determinados ciclos térmicos. Sensibilidad Problemas de calentamiento, cables de conexionado, etc. Dimensiones geométricas (respuesta en tiempo).