Medicion de temperatura

Sensores de Temperatura

Probablemente sea la temperatura el parámetro físico más común que se mide en una aplicación

electrónica, incluso en muchos casos en que el parámetro de interés no es la temperatura, ésta se ha de medir para incluir indirectamente su efecto en la medida deseada. La diversidad de sus aplicaciones ha condicionado igualmente una gran proliferación de dispositivos sensores y transductores, desde la sencilla unión bimetálica de los termostatos, hasta los dispositivos semiconductores más complejos.

 Tipos de Sensores de Temperatura

1. Termopares: Los termopares utilizan la tensión generada en la unión de dos metales en contacto térmico, debido a sus distintos comportamientos eléctricos.

2. Resistivos: Lo constituyen las RTD (Resistance Temperature Detector) o PT100 basadas en la dependencia de la resistividad de un conductor con la temperatura, están caracterizadas por un coeficiente de resistividad positivo PTC (Positive Termal Coefficient). También lo son las NTC (Negative Termal Coefficient), que se llaman termistores y están caracterizadas por un coeficiente de temperatura negativo.

3. Semiconductores: Se basan en la variación de la conducción de una unión p-n polarizada directamente.

Sensores de Temperatura con Termopares:

Los termopares son baratos y robustos, tienen una estabilidad bastante buena a lo largo del tiempo. Debido a su pequeño tamaño, responden rápidamente a los cambios de temperatura. Funcionan sobre rangos detemperatura criogénos, tiene una linealidad y exactitud razonable. Debido a que el número de electrones libres en un metal depende de la temperatura y de la composición del metal, dos metales de desigual isotermo, dan una diferencia de potencial que es una función repetible de la temperatura, como se muestra en la figura. El voltaje resultante depende de las temperaturas, T1 y T2, de una manera repetible. Puesto que el termopar es básicamente un dispositivo de medida diferencial, se necesita una temperatura de referencia conocida para una de las uniones, así la temperatura de la otra unión será deducida del voltaje de salida. Los termopares están fabricados de materiales especialmente seleccionados que se han caracterizado exhaustivamente en términos

de voltaje con la temperatura de comparación, que normalmente es la del punto de agua/hielo de 0°C.

Voltaje del termopar con Referencia a 0º C. De todas maneras, se usa una técnica de medida alternativa mostrada en la figura siguiente, en las aplicaciones prácticas donde los requisitos de exactitud no necesitan mantener las normas primeras. La temperatura de la unión de referencia se permite cambiar con el entorno del sistema de medida, pero es medida cuidadosamente por algún tipo de termómetro absoluto. Se puede usar una medida del voltaje del termopar combinada con una temperatura de referencia conocida para calcular la temperatura de la unión medida. Sin embargo, en la practica se usa un método termoeléctrico para medir la temperatura de referencia y poner el voltaje de salida para que corresponda a un termopar referido a 0°C. Simplemente, este voltaje se añade al voltaje del termopar y entonces la suma corresponde al voltaje normal tabulado para un termopar de referencia de punto de hielo.

Guía Selección Termocuplas:

1. Temperatura a medir:
•De -200 hasta + 450ºC: termoresistencia Pt100 según EN 60.751
•De -20 hasta + 700ºC: termopar Fe-CuNi“J” según EN 60.584-1
•De 0 hasta +1100ºC: termopar NiCr-Ni “K”según EN 60.584-1

2. Atmósfera del medio ambiente:
•Sin particularidades
•Atmósfera explosiva
Seguridad intrínseca “i”: EExiaIIC T6
Seguridad aumentada “e”: EExe II T6
Cubierta antideflagrante“d”: EExd IIC T6

3.-Estanqueidad:
•Para la medida en un líquido o en un gas bajo presión, montaje de un termopozo o una vaina soldada que permita extraerel elemento sensible sin necesidad de interrumpir el proceso.

4. Fijación:
•Por medio de racord atornillado o con brida (recomendado si la presión es elevada o la temperatura superior a 200ºC)

5. Tiempo de repuesta:
Está vinculado a la masa del termopozoy al ajuste del elemento sensor dentro del mismo. Se preferirá un termopozocon la punta reducida y equipado de un sensor ajustado o a una vaina sin protector.

6.Clase de precisión:
TermoresistenciaPt100: clase A según EN 60.751
Termopar Fe-CuNi“J”: clase 2 según EN 60.584-2
Termopar NiCr-Ni “K”: clase 1 según EN 60.584-2

7. Inmersión:
12 veces el diámetro exterior del termopozoa fin de evitar la pérdida de calor a través de las piezas metálicas.

8. Termopozos-Vainas -Protectores:
Material standard: AISI 316L

Figura elección de una termocupla.

Existen una infinidad de tipos de termocuplas , en la tabla aparecen algunas de las más comunes, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas són del tipo J ó del tipo K.

Las termocuplas tipo J se usan principalmente en la industria del plástico, goma (extrusión e inyección ) y fundición de metales a bajas temperaturas.

La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos.

Las termocuplasR, S, B se usan casi exclusivamente en la industria siderúrgica (fundición de acero) las tipo T eran usadas hace algún tiempo en la industria de alimentos, pero hánsido desplazadas en esta aplicación por las Pt100

Termistores:

Otros sensores resistivos mucho más económicos que las RTD son los termistores, aunque no son lineales son mucho más sensibles, pueden tener un coeficiente de temperatura positivo o negativo, estos últimos son los más usados y se denominan NTC.

 NTC (Negative Termal Coefficient):

Los termistores NTC son resistencias sensibles a la temperatura, están fabricados de una mezcla de óxidos de Mn, Ni, Co, Cu, Fe y están moldeados en un cuerpo cerámico de varios tamaños, típicamente tienen una resistencia entre 50Ω y 1M Ω a 25ºC y una sensibilidad del 4%/ºC a 25ºC. El efecto de Coeficiente Negativo con la Temperatura puede resultar de un cambio externo de la temperatura ambiente o un calentamiento interno debido al efecto Joule de una corriente que fluye a través del termistor. La curva del termistor se puede linealizarcon una resistencia montada en paralelo con la NTC.

PTC (Positive Temperature Coefficient):

Los termistores PTC son resistencias que principalmente están compuestas de bario y estroncio con titanio. La adición de dopantes hace que la componente semiconductora dé una característica de resistencia con respecto a la temperatura, aunque son muy poco utilizados.

Tabla sobre las caracteristicas de la PTC.

Tipos de Conexión: 2 Hilos:
El modo más sencillo de conexión (pero menos recomendado) es con solo dos cables.
En este caso las resistencias de los cables Rc1 y Rc2 que unen la Pt100 al instrumento se suman generando un error inevitable.

El lector medirá el total R(t)+Rc1+Rc2 en vez de R(t). Lo único que se puede hacer es usar cable lo más grueso posible para disminuir la resistencia de Rc1 y Rc2 y así disminuir el error en la lectura.

Tipos de Conexión: 3 y 4 Hilos:

El modo de conexión de 3 hilos es el más común y resuelve bastante bien el problema de error generado por los cables. El único requisito es que los tres cables tengan la misma resistencia eléctrica pues el sistema de medición se basa (casi siempre) en el "puente de Wheatstone".

El método de 4 hilos es el más preciso de todos, los 4 cables pueden ser distintos (distinta resistencia) pero el instrumento lector es más costoso.

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VIDEO DE MEDICION DE TEMPERATURA