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• Paul Antonio Yaro Salas

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Instrumentación Industrial

Sensores Eléctricos de Temperatura II

Instrumentación Industrial Capacidades Terminales de la Unidad Didáctica: • Reconocer las diversas formas de medición de variables industriales. • Seleccionar sensores y medidores para una determinada variable.

Repaso Sesión anterior

• Tipos de termocuplas. • Aplicación de las termocuplas.

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Introducción Los RTDs son dispositivos cuyas siglas en inglés significan detectores resistivos de temperatura, se basan en el aumento de resistencia de un hilo conductor con el incremento de la temperatura. La magnitud de este cambio con respecto al cambio de temperatura en él, se llama "coeficiente térmico de resistencia" del material conductor.

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RTD

Los detectores termométricos de resistencia (RTD), como indica el nombre, son sensores

usados para medir la temperatura al correlacionar la resistencia del elemento RTD con la temperatura. El elemento RTD se hace de un material puro cuya resistencia a diversas temperaturas está bien documentada e indicadas en tablas. El material tiene un cambio predecible en la resistencia a media que cambia la temperatura; es este cambio predecible lo que se usa para determinar la temperatura.

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RTD Casi todos los elementos RTD consisten en un tramo de alambre delgado enrollado alrededor de un núcleo de cerámica o vidrio. El elemento es normalmente muy frágil, así que con frecuencia se pone dentro de una sonda que está dentro de una funda para protegerlo.

Las sondas de platino se construyen con hilos de 25 µm de diámetro y presentan una resistencia de 100Ω a 0°C 7

RTDs Resistance Temperature Detectors

En el caso de un RTD de Platino, su resistencia a una determinada temperatura es el resultado de aplicar la siguiente ecuación aproximada:

R = 100 (1 + T)

En donde  tiene dos posibles valores: 0.00385 (curva europea) o 0.00392 (curva americana) y la temperatura T puede variar entre –200°C y 850°C

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Comparación entre termocuplas y RTD’s

Podemos concluir que para rangos menores a 600°C, una Pt-100 es la mejor elección

RTDs Resistance Temperature Detectors

R (Ohms)

R = 0.385*T + 100 150.0 138.5

100.0

T (Cº)

0

50.0

100.0

RTDs Resistance Temperature Detectors

Termopozos (Thermowells ) • Un “thermowell” o pozo térmico, constituye un sistema de montaje o protección para sensores de temperatura de tipo RTD, termopar o termistor.

Termistores Un termistor es un semiconductor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Existen dos clases de termistores: NTC y PTC.

Son semiconductores hechos de carbón, germanio, silicio y mezclas de ciertos óxidos metálicos, que exhiben coeficientes de temperaturas elevadas, usualmente negativos (NTC). Su característica es no lineal y exhiben los cambios más grandes en rangos de temperatura criogénicos por debajo de 100°K.

Termistor NTC

Un Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura. La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial:

Donde A y B son constantes que dependen del termistor.

Termistores PTC Termistor PTC (Positive Temperature Coefficient)

Es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura. El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la temperatura llega a ser demasiado alta.

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SIMBOLOS

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APLICACIONES

ALARMA DE TEMPERATURA

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MEDICIÓN SIN CONTACTO

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PIRÓMETROS DE RADIACIÓN Son dispositivos que miden temperatura por encima del rango aplicable a las termocuplas, a pesar que ciertas aleaciones, permiten a estas últimas llegar a 3000°C aunque durante breves periodos. Algunos pirómetros pueden ser usados para medir temperaturas tan bajas como 0°C y tan altas como 5000°C con gran precisión.

El pirómetro óptico

se basa en la desaparición del filamento de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado. Estos dispositivos pueden ser de dos clases: de corriente variable en la lámpara y de corriente constante en la lámpara pero con variación del brillo de la imagen de la fuente.

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Pirómetro óptico: la temperatura del objeto (un horno por ejemplo) se obtiene comparando el color de la llama con el del filamento de una lámpara eléctrica.

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El pirómetro infrarrojo

Capta la radiación espectral del infrarrojo, pueden medir temperaturas menores a 700°C, supliendo al pirómetro óptico que sólo puede trabajar eficazmente a temperaturas superiores a los 700°C. En estos dispositivos, una lente filtra la radiación infrarroja emitida por el área del objeto examinado y la concentra en un sensor de temperatura (termopar o termistor). La distancia focal de la lente varía entre 500 mm y 1500 mm.

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El pirómetro fotoeléctrico

Los detectores fotoeléctricos o cuánticos (quantum)Poseen un detector fotoeléctrico, es mucho más rápido que un sensor térmico, pero debe mantenerse refrigerado a muy baja temperatura mediante nitrógeno líquido para reducir el nivel de ruido eléctrico. Formado por materiales semiconductores cristalinos, tales como el indio antimonio (InSb), el silicio (Si), el sulfuro de plomo (PbS) y el sulfuro de cadmio (CdS), que responden a los fotones de radiación del cuerpo que se enfoca liberando cargas eléctricas a través de mecanismos de fotoelectricidad, fotoconducción o fotovoltaico. campo de trabajo entre 35°C y 1200°C.

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El pirómetro fotoeléctrico

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El pirómetro de radiación total

Capta una banda amplia de radiación y está formado por una lente de pírex, sílice o fluoruro de calcio que concentra la radiación del objeto caliente en una termopila formada por varios termopares montados en serie. La radiación está enfocada, incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares. La f.e.m. que proporciona la termopila depende de la diferencia de temperaturas entre la unión caliente y la unión fría, y es compensada mediante una resistencia de níquel conectada en paralelo con los bornes de conexión del pirómetro.

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

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Transmisores de temperatura

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Transmisor para RTD

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Transmisor para RTD

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Transmisor para TERMOCUPLA

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Transmisor para PT-100

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PREGUNTAS DE REPASO A LOS ALUMNOS

Bibliografía 

Creus, Antonio. (2011). Instrumentación industrial. México D.F. : Alfaomega (629.8/C85/2011)

 

J. Fraile, P. Garcia (2013) Instrumentación aplicada a la Ingenieria. Madrid/ Ibergarceta publicaciones, S.L (621381I/F81).



TEXTO DEL CURSO

GRACIAS

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