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Sensores de Temperatura

Bimetlicos

Termoresistencias RTD

Termistores

Termopares

Mtodos sin contacto

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Escala de temperatura

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Escala Internacional de Temperaturas ITS-90

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Termmetros bimtalicosLos slidos

tienden

a expandirse

cuando

se calientan

L = Lo(1 + T)

L = Length of material after heatingLo = Original length of material

= Coefficient of linear expansionT = Change in temperature

Valores

de

para metales comunes:

Aluminum

= 25

106 per

degree

C

Copper = 16.6

106 per degree C

Iron = 12

106 per degree C

Tin = 20

106 per degree C

Titanium = 8.5

106 per degree C

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Termmetros bimtalicosConstan de dos lminas metlicas con diferente

coeficiente de dilatacin, unidasslidamente por

sus extremos.Cuando

por efecto de la T

se dilatan, se deforman

producindose un

desplazamientomecnico cuya

fuerza se

emplea

para mover una aguja indicadora

o activar unmecanismo de control.HelicoidalesRango: 0 a 500

CPrecisin: 1%

Muy usados como termostatos.

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Termmetros bimtalicos

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Termoresistenciasz RTD - termmetros de resistencia metlicaSe basan en que la resistencia elctrica de metales puros aumenta con la T. En algunos de forma casi lineal. Este principio proporciona una forma muy precisa de medir.

Se necesita un material: resistente a la corrosin y ambientes hostiles comportamiento lineal alta sensibilidad fciles de fabricar estables

Rango: -200 C a +500 CPrecisin: +/- 0.1C.

Sensores patrn legan hasta +/- 0.0001CSensibilidad 0.385 ohmios/ C

Para medir la variacin de resistencia en el detector se usan circuitos basados en el puente de Wheatstone

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Relacin R-T

(Aproximacin lineal)

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RTD

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Encapsulado

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a) Montaje b) Componentes

Montaje y conexin al proceso

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Seal de salida

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Rangos

z Platino: estables, lineales, baja reactividadz Wolframio: Alta temperatura, baja exactitud.z Cobre: Baja T, poca precisin.z Balco (70% Ni, 30% Fe): Bajo costo

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Clasificacin

z Se clasifican de acuerdo a la resistencia a 0C. La ms comn es la Pt 100

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Termistorz El termistor es un tipo de transductor pasivo, sensible a la temperatura y que

experimenta un gran cambio en la resistencia elctrica cuando est sujeto a pequeos cambios de temperatura.

z El trmino termistor proviene del ingls THERMally sensitive resISTOR, es decir, resistencia trmicamente sensible.

z Se construyen con distintas aleaciones de materiales semiconductores, como por ejemplo xidos de nquel, manganeso, zinc y cobalto.

PTC: Coeficiente de temperatura positivo. Sufren un cambio de resistencia brusco al alcanzar cierta temperatura (unos 100C) pasando de valores de centenares de ohm. a decenas de Megaohm.

NTC: Coeficiente de temperatura negativo. Altamente sensibles a cambios de temperatura (valores de alfa entre -2%/K y -6%/K). Dentro de este grupo se encuentra la mayora de termistores.

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Rango de temperaturas y valores de resistencia

Se emplean fundamentalmente entre los -50C y los 150C no obstante las unidades encapsuladas pueden alcanzar los 300C.

En la mayora de aplicaciones el valor de resistencia a 25C est entre 100 ohm. y 100 kohm. Aunque se pueden producir con resistencias tan bajas como 10ohm. o tan altas como 40Mohm.

Tamao reducido:Las reducidas dimensiones de los termistores hacen que la respuesta a los cambios de temperatura sean muy rpidas.

Sensibilidad a los cambios de temperatura:Los termistores tienen mayor sensibilidad a los cambios de temperatura que otros transductores.

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Termistores

Son dispositivos semiconductores, de alta sensibilidad, pero muy

alineales.

NTC (Negative

Temperature

Coefficient) o PTC (Positive Temperature

Coefficient)

Alta sensibilidad 100 ohmios/ grado (la PT100: 0.385

ohmios por grado)

No lineal R( T) = R( T0) exp{-

B( 1/ T-

1/ T0)}.

Se deben linealizar

en

torno al punto de trabajo, por lo tanto su rango de T

espequeo. til para T

ambiente.

Muy baratos y pequeos (=> menor cte. de tiempo)

Menos precisin (a veces no interesa ms)

Problemas de estabilidad: hay que envejecerlos

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NTC

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PTC

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Aplicaciones y configuraciones

z En el circuito del liquido refrigerante, para poder determinar la temperatura del motor a partir de la temperatura del liquido refrigerante.

z en el canal de admisin para medir la temperatura del aire aspirado.

z en el aceite del motor para medir la temperatura del aceite.

z en el retorno del combustible para medir la temperatura del combustible.

Los termistores se presentan en mltiples configuraciones, las ms empleadas son los de perla, disco y chip.

Los termistores tipo perla debido a su pequeo tamao permiten una respuesta rpida ante los cambios de temperatura.

Los termistores de disco y chip tienen una respuesta de disipacin mayor.

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Efectos termoelctricosLos dispositivos termoelctricos estn sometidos, principalmente, a cuatro efectos fsicos: El efecto Seebeck, el efecto Peltier, el efecto Thomson y el efecto Joule.

El efecto Seebeck es la f.e.m. generada cuando dos lados de un par termoelctrico se mantienen a distinta temperatura.

El efecto Peltier consiste en el calentamiento o enfriamiento producido cuando una corriente elctrica pasa a travs de dos uniones distintas.

El efecto Thomson consiste en el calentamiento o enfriamiento producido cuando una corriente elctrica pasa a travs de un conductor homogneo en la direccin del gradiente de temperatura.

El efecto Joule consiste en el calentamiento producido cuando una corriente elctrica pasa a travs de un conductor.

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Efectos termoelctricos

z Origen: Cuando un conductor elctrico es colocado en un campo de temperaturas no homogneo, la dependencia de la temperatura de los potenciales electrnicos causar un desplazamiento de la carga

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Efectos termoelctricos

z La fem generada (tensin o voltaje trmico) puede ser medido si se agrega un segundo conductor de distinto material (termocupla)

z Al ser distintos metales, la dependencia de la distribucin electrnica respecto a la temperatura ser distinta, y por lo tanto se podr apreciar una tensin entre los extremos.

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Circuito trmico

z En un campo de temperatura homogneo no se genera tensin trmico.

z En un conductor homogneo la magnitud de la tensin trmica es solo funcin de la diferencia de temperaturas entre los terminales del conductor.

z La juntura de una termocupla no genera ninguna tensin.

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Termocuplas

o Termopares

El voltaje de salida es proporcional a la diferencia

de temperaturas.Seal de salida muy baja: milivoltios. Necesita

acondicionamiento de la

seal.Sensibilidad baja: microvoltios

por gradoAdmiten altas temperaturas (p. e. calderas)Bastante linealesSensores activos.

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Termocuplas

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Tipos de Termocuplas

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Exactitudz Termopar J: Hierro y Constatan (Cu- Ni).

Afectado por corrosin Rango: 0 C a +750 C Precisin: 0.5%

z Termopar K: Cromo y Alumel (Al- Ni).Buena resistencia a la oxidacin. Rango: 0 C a +1. 300 C y 600 C a 1.000 C en atm. oxidantes Precisin: 1%

z Termopar R: Platino y Platino- 13% Rodio.z Termopar S: Platino y Platino- 10% Rodio.

Rango de medida ms amplio (0 C a +1.600 C), pero mscaros. Precisin: 0.5%

z Termopar W: Volframio- 5% Renio y Volframio- 26% Renio.Rango: 0 C a +2.800 C en atm. inertes o vaco. Precisin: 1%

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Aplicaciones

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Termocuplas

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Encapsulado

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Juntura calienteLa unin de los metales en la junta caliente se puede hacer por trenzado, fusin osoldadura.Dependiendo de su conexin elctrica a la vaina se denomina:

z Puesta a tierra: La unin hace contacto con la vaina acelerando la transferencia de calor (t = 2 seg)

z Aislada: La unin se separa de la cpsula mediante un aislante elctrico de alta conductividad trmica MgO. (t = 5 seg)

z Desnuda:No se encuentra encapsulada, el tiempo de respuesta es muy pequeo, (t = 0.1 seg), pero el conjunto es muy frgil

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Uso industrial

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Termovainas

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Transmisores

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Sensores de Temperatura

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Tabla resumenSensor Rango Exactitud Ventajas Desventajas

TC E -100 a 1000 +/-

1.5 % 0.5 % (0 a 900C)

Buena reproducibilidadAmplio Rango

Mnimo span

de 40C

Algo alinealDeriva Afectada por el ruido elctricoTC J 0 a 750 +/-

2.2 %

0.75 %

TC K 0 a 1250 +/-

1 % 0.75 %

TC T -160 a 400 +/-

1.0 %

RTD -200 a 650 0.15 % Buena exactitudPequeo span

posibleLinealidad

Auto calentamientoMenos robusta

Termist

or

-40 a 150 +/-

0.1 C Buena exactitudPequea deriva

Altamente no linealSolo span

pequeoDeriva

Bimetli

co

+/-

1 % Simple y bajo costo No apto altas temperaturasSensible a presin

Sensores de TemperaturaEscala de temperaturaEscala Internacional de Temperaturas ITS-90Termmetros bimtalicosTermmetros bimtalicosTermmetros bimtalicosTermoresistenciasRelacin R-TRTDEncapsuladoMontaje y conexin al procesoSeal de salidaRangosClasificacinTermistorRango de temperaturas y valores de resistenciaTermistoresNTCPTCAplicaciones y configuracionesNmero de diapositiva 21Efectos termoelctricosEfectos termoelctricosEfectos termoelctricosCircuito trmicoTermocuplas o TermoparesTermocuplasTipos de TermocuplasExactitudAplicacionesTermocuplasNmero de diapositiva 32EncapsuladoJuntura calienteUso industrialTermovainasTransmisoresSensores de TemperaturaTabla resumen