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Temperatura 2 1

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  • SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA

    UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA Pgina 1

    I. INTRODUCCION

    Podra decirse que la instrumentacin trata las tcnicas, recursos y mtodos

    relacionados en la concepcin de dispositivos para mejorar o aumentar la eficacia

    de los mecanismos de percepcin y comunicacin del hombre. La instrumentacin

    comprende dos campos principales: instrumentacin e instrumentacin de control.

    En general, en el diseo de los sistemas de medida la atencin se centra en el

    tratamiento de las seales o magnitudes de entrada, mientras que en los sistemas

    de control se da especial importancia al tratamiento de seales de salida. En el

    primer caso son de inters los captadores o sensores y transductores, mientras que

    en el segundo los dispositivos ms relevantes son los accionadores o actuadores.

    De hecho, en muchos sistemas coexisten equipos de captacin y medida de

    diversos parmetros con equipos de accionamiento que, directa o indirectamente,

    influyen de algn modo sobre dichos parmetros de acuerdo con criterios de

    tratamiento de datos preestablecidos. La recogida de datos en sistemas de gran

    complejidad, en donde el tratamiento matemtico es realizado por un equipo

    central, se resuelve recurriendo a procedimientos de exploracin cclica o

    multiplexado por razones econmicas y de capacidad de las instalaciones. Para la

    realizacin de este proceso, suelen utilizarse conmutadores de estado slido que

    transfieren la informacin 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 conmutacin, en diferentes versiones, existen como circuitos

    integrados o hbridos digitales y analgicos.

    La temperatura es una de las magnitudes fsicas que ms se miden. Los sensores de

    temperatura convierten una magnitud fsica en una resistencia o tensin elctrica.

    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 ebullicin, la medicin de temperatura en el mbito privado

    o industrial es muy importante. Los sensores de temperatura usan diferentes

    efectos fsicos para convertir la temperatura en una magnitud elctrica. Los

    sensores de resistencia cambian su resistencia elctrica al cambiar la temperatura.

  • SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA

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    II. MARCO TEORICO:

    La temperatura es una de las magnitudes fsicas que ms se miden. Los sensores de

    temperatura convierten una magnitud fsica en una resistencia o tensin elctrica.

    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 ebullicin, la medicin de temperatura en el mbito privado

    o industrial es muy importante. Los sensores de temperatura usan diferentes

    efectos fsicos para convertir la temperatura en una magnitud elctrica. Los

    sensores de resistencia cambian su resistencia elctrica al cambiar la temperatura.

    Como la curva caracterstica no es siempre lineal, la electrnica debe hacer tales

    correcciones para adquirir la mayor precisin posible. Un sensor de resistencia muy

    comn 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 tensin continua en las conexiones. Como este se encuentra slo

    en el rango V y adems es necesario conocer con precisin la temperatura en el

    punto de medicin, la medicin 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 medicin.

  • SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA

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    2.1. CLASIFICACION

    En la actualidad hay muchas formas de medir la temperatura con todo tipo de

    sensores de diversas naturalezas. La ingeniera 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 podra dar una muestra de la gran variedad de dispositivos capaces

    de medir la temperatura:

    A pesar de que en la anterior tabla no estn reflejados todos los tipos de sensores

    de temperatura existentes, s podramos centrarnos en hablar de unos cuntos

    verdaderamente extendidos en la industria, y en especial, de los que podramos

    usar en circuitos electrnicos junto con micro controladores y otros sistemas

    electrnicos digitales para conseguir unos determinados resultados para los que

    conjuntamos todos los dispositivos que acabamos de mencionar.

  • SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA

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    Sin duda son los sensores de tipo elctrico los que ms extensin tiene hoy da en la medicin

    de temperatura. Cada uno de este tipo de sensores tienen unas cualidades especiales que los

    convierten en ms convenientes para un determinado proceso u objetivo.

    2.1.1. TERMOCUPLAS

    Un termopar es un dispositivo capaz de convertir la energa calorfica en energa

    elctrica. Su funcionamiento se basa en los descubrimientos hechos por Thomas

    Seebeck en 1821 cuando hizo circular corriente elctrica en un circuito, formado por

    dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a diferentes temperaturas, esta

    circulacin de corriente obedece a dos efectos termoelctricos combinados, el

    efecto Peltier que provoca la liberacin o absorcin de calor en la unin de dos

    metales diferentes cuando una corriente circula a travs de la unin y el efecto

    Thompson que consiste en la liberacin o absorcin de calor cuando una corriente

    circula a travs de un metal homogneo en el que existe un gradiente de

    temperaturas.

    El principio de medicin de temperatura utilizando termocuplas se basa en tres

    principios fsicos, que son:

  • SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA

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    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 tensin Seebeck.

    El coeficiente Seebeck (S) se define como la derivada de dicha tensin (E) con

    respecto a la temperatura (T): =

    Efecto Peltier

    Descubierto por Jean C. A. Peltier en 1834, consiste en el calentamiento o

    enfriamiento de una unin entre dos metales distintos al pasar corriente por

    ella. Al invertir el sentido de la corriente se invierte tambin el sentido del flujo

    de calor. Este efecto es reversible e independiente del contacto. Depende slo

    de la composicin y de la temperatura de la unin.

    Efecto de Thompson

    Descubierto por William Thompson (Lord Kelvin) en 1847-54, consiste en la

    absorcin o liberacin de calor por parte de un conductor homogneo con

    temperatura no homognea 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 direccin.

  • SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA

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    Las termocuplas son el sensor de temperatura ms comn utilizado industrialmente.

    Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo

    (fusionados generalmente). Al aplicar calor en la unin de los metales se genera un

    voltaje muy pequeo 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 est la unin y en el

    otro el terminal elctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de

    aluminio (cabezal).

    La eleccin de los alambres para termocuplas se hace de forma que tengan una

    resistencia adecuada a la corrosin, a la oxidacin, a la reduccin y a la cristalizacin,

    que desarrollen una F.E.M relativamente alta, que sean estables, de bajo costo y de

    baja resistencia elctrica y que la relacin entre la temperatura y la F.E.M sea tal que

    el aumento de sta sea (aproximadamente) paralelo al aumento de la temperatura.

  • SISTEMA DE MEDICION: SENSORES DE TEMPERATURA

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    Tipo Intervalo de medida

    Tipo E, Cromel Constantn -200 a 900 C

    Tipo T, Cobre Constantn -250 a 400 C

    Tipo J, Hierro Constantn -180 a 750 C

    Tipo K, Cromel (Nickel/Cromo) Alumel (Nickel/Aluminio)

    -180 a 1372 C

    Tipo R, 87% Platino/13% Rhodio 100% Platino 0 a 1767 C

    Tipo S, 90% Platino/10% Rhodio 100% Platino 0 a 1767 C

    Tabla 1. Termocuplas ms comunes, y el interva