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Calibración de Instrumentos Laboratorio Nº 4

Medición de temperatura Integrantes del Equipo: ROQUE CANCHARI, Miguel CHOQUE HUAMAN, Héctor ROMERO MONCADA, Julio MEJIA RODRIGUEZ, Jesús

Profesor: Ing. Ernesto Godínez De la Cruz

2012

Objetivos     

Medir temperatura utilizando las termocuplas J, K, RTD: Pt100 y un termistor NTC Graficar la respuesta de las termocuplas en función de la temperatura: mV vs T; asi como del termistor y pt 100 R vs T Encontrar una relación matemática entre mV y T para las termocuplas; asi como de R y T para el termistor y el Pt100 Graficar la respuesta en el tiempo y, determinar la constante de tiempo de cada sensor. Comparar la respuesta de las termocuplas J y K, Pt 100 y termistores

Introducción Para medir la temperatura de un proceso, tal como un horno, existen diferentes sensores de temperatura tales como: El Pt100, el termistor y las termocuplas. Las termocuplas se presentan en sus diferentes tipos:J, K, T, E, R, S, B, C, N. y dependiendo del tipo pueden trabajar en un rango de temperatura, en un determinado ambiente, ser mas o menos lineal, etc. La respuesta de una termocupla es en voltaje en el orden de los mV. Los RTD: Pt100, Pt150, Pt200, etc. Y los termistores: NTC y PTC tienen una respuesta en resistencia, siendo la respuesta del Pt100 lineal mientras que de los termistores su respuesta es exponencial

Resultados Parte A Termocupla J

T ºC 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Termocupla J T = 26.3 ºC = 1.329 mV Tensión medida (mV) 0.2 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Tensión a temperatura T (mV) 1.529 1.529 1.629 1.629 1.729 1.829 1.929 2.029 2.129 2.229

Tension vs t ºC mV

3 y = 0.0164x + 0.8781

2

Series1

1

Linear (Series1)

0 0

20

40

60

80

100

T ºC

Termocupla K

T ºC 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

T = 26.3 ºC = 1.041 mV Termocupla K Tension medida (mV) 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Tension a temperatura T (mV) 1.141 1.241 1.241 1.241 1.341 1.341 1.441 1.541 1.641 1.741

Tension

Tension vs t ºC 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

y = 0.0125x + 0.6731

Series1 Linear (Series1)

0

20

40

60 t ºC

Calculo de α

T (ºC) 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Pt100 Resistencia Medida (ohm) 113.1 115 115.9 117.7 119.6 121.3 123.3 125.1 127 128.8

80

100

R

Resistencia vs temperatura 130 128 126 124 122 120 118 116 114 112 110

y = 0.3513x + 100.48

Series1 Linear (Series1)

0

20

40

60

80

100

T ºC

( Pendiente = 100α entonces Calculo de β

termistor T (ºC) g35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Resistencia Medida (KΩ) 7.32 6.05 5.44 4.54 3.85 3.27 2.73 2.36 2.014 1.732

)

KΩ vs T ºC 8

T

6 4

Series1

2

Expon. (Series1)

y = 22.505e-0.032x

0 0

20

40

60

80

100

KΩ

( ) (

)

Remplazando dos valores en la ecuación

Parte B: Respuesta de un sensor de temperatura en el tiempo Termocuplas J y K T (segundos) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

J (mV) 0.1 0.5 0.8 1.1 1.3 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.1

k (mV) 0 0.2 0.4 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 1.1 1.2 1.2 1.3

130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530

2.2 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.4 2.4 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6

1.3 1.4 1.4 1.5 1.5 1.5 1.6 1.6 1.6 1.6 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9

540 550

2.6 2.6

1.9 1.9

Termocupla J vs Tiempo 3 2.5 J (mV)

2 1.5 Series1

1 0.5 0 0

100

200

300

400

500

600

Tiempo (Seg)

Termocupla K vs Tiempo 2.5

J (mV)

2 1.5 1

Series1

0.5 0 0

100

200

300

400

Tiempo (Seg)

A partir de las gráficas obtenidas hallamos la constante de tiempo Termocupla J: Constante de tiempo: t = 60 segundos Tiempo de respuesta: Tr = 5t = 300 segundos

500

600

Termocupla K: Constante de tiempo: t = 76 segundos Tiempo de respuesta: Tr = 5t = 380 segundos

Pt100 y Termistor t (segundos) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300

Pt100 (Ω) 112.5 113.4 115.2 116.8 118.7 120.2 121.4 122.5 123.5 124.3 125 125.7 126.2 126.6 127 127.3 127.7 127.9 128.2 128.4 128.6 128.8 128.9 129 129.1 129.3 129.4 129.5 129.5 129.6 129.6

Termistor (KΩ) 1.895 1.142 0.93 0.765 0.643 0.574 0.518 0.479 0.4447 0.424 0.404 0.389 0.3776 0.3672 0.3608 0.3533 0.3475 0.3433 0.3393 0.3361 0.3333 0.3309 0.329 0.327 0.3256 0.3242 0.3232 0.3224 0.3218 0.3212 0.3201

310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550

129.7 129.8 129.8 129.8 129.9 129.9 130 130 130 130 130 130 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1 130.1 130.2 130.2 130.2 130.2 130.2

0.3201 0.3197 0.3193 0.319 0.3188 0.3186 0.3184 0.3182 0.3181 0.3179 0.3178 0.3177 0.3176 0.3176 0.3175 0.3174 0.3173 0.3172 0.3171 0.3171 0.3171 0.317 0.317 0.317 0.317

ohm

Pt 100 vs Tiempo 132 130 128 126 124 122 120 118 116 114 112 110

Series1

0

100

200

300

400

500

600

Tiempo (seg)

K ohm

Termistor vs Tiempo 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

Series1

0

100

200

300

400

Tiempo (seg)

Pt100: Constante de tiempo: t = 102 segundos Tiempo de respuesta: Tr = 5t = 510 segundos Termistor: Constante de tiempo: t = 98 segundos Tiempo de respuesta: Tr = 5t = 490 segundos

500

600

Cuestionario 1. Describa las características de un Termopozo Que sea resistente a la temperatura, que sea resistente a la acción de los gases oxidantes y reductores que tenga posea conductividad térmica muy alta para hacer una transferencia de energía. 2. ¿A que se denomina atmosfera reductora? Es una atmosfera (primitiva) que carece de oxigeno 3. ¿A que se denomina atmosfera oxidante? Es una atmosfera que contiene moléculas de oxigeno como ingrediente predominante 4. Indique el valor aproximado de la sensibilidad de los sgtes :sensores de temperatura Pt100,termistor y termocuplas J y K.    

Pt100 Termistor NTC Termocupla J Termocupla K

0.351Ω/°C Sensibilidad variable 0.016mV/°C 0.012mV/°C

5. Indique los rangos de medición de los siguientes sensores de temperatura: Pt 100, Termistor y termocuplas J y K -Pt100 -Termistor NTC -Termocupla J -Termocupla K

de -254°C hasta 2745°C de -115°C hasta 301°C de -210°C hasta 1200°C de -270°C hasta 1373°C

Observaciones Se observo de la grafica de las termocupla J y K, tiene un salida (mV) que depende linealmente de su entrada (°C) en el intervalo trabajado. De la grafica del Pt100 se observo una recta del cual se obtuvo valor teorico Ω

Ω, el cual se aproxima al

Se observo que el tiempo de estabilización de la termocupla J es menor que de la termocupla K. El tiempo de estabilización del Pt 100 es menor que del termistor.

Conclusiones 

La termocupla J, K, el termistor, el Pt100 se comportan de acuerdo a su ecuación en su respectivo rango de trabajo.

Aplicaciones    

Sus aplicaciones son infinidad de procesos donde interviene los diferentes sensores como por ejemplo en los hornos encontramos las termocuplas, los procesos de fabricación de alimentos los PT100,los termistores medición y control de la temperatura. Las del tipo j se utilizan en la industria del plástico, goma (extruccion e inyección) en fundición de metales a baja temperatura (zomac, aluminio) Las del tipo k se utilizan en fundiciones de honor menores a 1300°C como por ejemplo horno de fundiciones de cobre y hornos de tratamientos térmicos. Las del tipo R,S,B se usan en casi exclusivamente en fundiciones del acero.

Recomendaciones  

Para distancias largas hay que utilizar el cable compensado para diferente tipo de termocupla. El uso de termoposos para no dañar al sensor.