AUTOR: MIGUEL PERAZA

SENSOR DE TEMPERATURA

SENSORSe llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente

eléctrica en la actualidad, (antiguamente se utilizaban señales

hidráulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna

correlación definida.

TRANSMISORES

Los transmisores son instrumentos que convierten la salida del sensor

en una señal suficientemente fuerte como para transmitirla al

controlador o a otro aparato receptor.

Las señales de salida del transmisor pueden ser neumáticas, eléctricas o

digitales

TERMÓMETROS DE VIDRIO Y DE BULBO

Vidrio

Indican la temperatura como diferencia entre el coeficiente de dilatación del vidrio y del líquido empleado (Ej.: mercurio).

Bulbo

La variación de temperatura produce la expansión o contracción del fluido, lo que deforma el recinto que lo contiene.

TERMÓMETROS BIMETÁLICOS

Sensores de tipo todo o nada que conmutan a un cierto valor de temperatura.

Constan de dos láminas metálicas con diferente coeficiente de dilatación, unidas sólidamente por sus extremos. Se basan en la diferencia de dilatación de dos metales.

Cuando por efecto de la temperatura se dilatan, se deforman produciéndose un desplazamiento mecánico cuya fuerza se emplea para mover una aguja indicadora o para activar un mecanismo de control.

Usos típicos: sistemas de climatización, interruptores de protección, etc.

TERMÓMETROS DE RESISTENCIA METÁLICA (RTD)

Se basan en que la resistencia eléctrica de metales puros aumenta con la temperatura. En algunos de forma casi lineal: R=R0 [1+alfa(T-T0)]

El material debe ser resistente a la corrosión y a ambientes hostiles, con comportamiento lineal, alta sensibilidad, fácil de fabricar y estable: Pt y Ni.

Rango (Pt): -200ºC a +500ºC. PT100: sensibilidad 0.385 ohmios/ºC

TERMISTORES

PTC (Positive Temperature Coefficient) y NTC (Negatice Temperature Coefficient).

Semiconductores o cerámicos.

Alta sensibilidad: 100 ohmios/ºC

No lineal: hay que linealizar en torno al punto de trabajo.

Rango de temperatura pequeño. Útil para temperatura ambiente.

Muy baratos y pequeños.

Menos precisión.

SENSORES DE TEMPERATURA

Efecto Seebeck:

Un termopar es un circuito formado por dos metales

distintos que produce un voltaje que es función de la

diferencia de temperatura entre uno de los extremos

denominado "punto caliente" y el otro denominado

"punto frío".

Termopar del tipo K

TERMOPARES COMUNES

TIPO K

Bajo costo y en una variedad de sondas. Calibración sin recubrimiento hasta 1100ºC. Con recubrimiento hasta 1260ºC. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2% F.E.M. producida: -6,458 mV/ºC a 48,838 mV/ºC Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mecánico. Existen cambios químicos asociados que se presentan

durante su empleo (descalibración).

TIPO E

Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico gracias a su sensibilidad.

Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%

Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%

F.E.M. producida: -9,835 mV/ºC a 76,373 mV/ºC (la mayor).

Puede usarse en vacío o en atmósfera inerte o medianamente oxidante o reductora.

TIPO J

Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las combinaciones de metal base debido a su bajo coste.

Termoelemento positivo: Fe99,5%

Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%

Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos.

F.E.M. producida: -8,096 mV/ºC a 42,919 mV/ºC.

Adecuado en atmósferas con escaso oxigeno libre. la oxidación de el hilo de hierro aumenta rápidamente por encima de 550ºC, siendo necesario un mayor diámetro del hilo hasta una temperatura limite de 750ºC.

TIPO T

Termoelemento positivo: Cu 100% Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -6,258 mV/ºC a 20,872 mV/ºC. Temperatura máxima limitada por la oxidación del

cobre por encima de 371ºC. Se debe evitar atmósferas en donde estén presentes

amoníaco, peróxido de hidrógeno, azufre fundido, sulfuro de hidrógeno y anhídrido sulfuroso con un RH de 65% o mayor.

El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la corrosión por humedad atmosférica o condenación y puede utilizarse en atmósferas oxidantes o reductora.

TIPO N

Termoelemento positivo: Ni84,4%, Cr14,2%, Si1,4%

Termoelemento negativo: Ni95,45% Si4,40%, Mg0,15%

F.E.M. producida: -4,345 mV/ºC a 47,513 mV/ºC.

Adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.

TIPO S

Los pares de calibración S se utilizan para medidas de temperatura industrial y como patrones primarios.

Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10% Termoelemento negativo: Pt100% F.E.M. producida: -0,236 mV/ºC a 18,693 mV/ºC. Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los

1.300 ºC, pero su baja sensibilidad y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general.

Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C).

Excelente resistencia a la oxidación.

TIPO S

Nunca deben insertarse directamente en tubos de protección metálicos, pero sí en tubos con protección de cerámica. Fabricado con alúmina (Al2O3) de alto contenido de pureza.

Para temperaturas superiores a 1500ºC se utilizan tubos de protección de platino.

Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas inferiores a 0ºC.

Por encima de 1400ºC ocurre crecimiento de granulaciones que los dejan quebradizos.

Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno atacarán al termopar.

TIPO R

Gran aceptación en las aplicaciones industriales de alta temperatura debido a su elevado poder termoeléctrico en estas condiciones.

Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%. Termoelemento negativo: Pt100%. F.E.M. producida: -0,226 mV/ºC a 21,101 mV/ºC. Adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300

ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo.

Excelente resistencia a la oxidación. Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno

atacarán al termopar.

TIPO B

Utilizado en la industria para temperaturas mas elevadas que ambos ya que con la aleación de Pt-Rh se logra que su temperatura de fusión se eleve y por lo tanto puede emplearse hasta temperaturas mayores.

Termoelemento positivo: Pt70,4%, Rh29,6%.Termoelemento negativo: Pt93,9%, Rh6,1%.

Adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800 ºC.

F.E.M. producida: 0,000 mV/ºC a 13,820 mV/ºC. Presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC. Excelente resistencia a la oxidación. Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno

atacarán al termopar.

TIPO S,R Y B

Otro contaminador que afecta a la calibración atacando al par es el sílice.

El sílice se encuentra en todos los tubos de carburo de silicio, tubos y aisladores de silimanita, que son los mas comúnmente usados con esta clase de pares por su economía.

Para evitar el ataque de atmósferas reductoras y contaminación del Sílice en el extremo mas alto de la gama de temperaturas, deben utilizarse tubos protectores de Alúminia recristalizada y vitrificada entre el 97 y 99% de Alumina Pura.

Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza con suficiente "espacio para respiración.

TIPOS DE TERMOPARES

Los termopares tipo R, S y E se emplean en atmosferas oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 1500ºc. Si la atmósfera es reductora, el termopar debe protegerse con un tubo cerámico estanco.

El material del tubo de protección debe ser el adecuado para el proceso donde se aplique y suele ser de hierro o acero sin soldaduras, acero inoxidable, iconel, carburo de silicio, etc...

GRAFICA DE COMPORTAMIENTO

PIRÓMETROS DE RADIACIÓN

Miden la temperatura a partir de la radiación térmica que emiten los cuerpos calientes.

No requiere el contacto entre sensor y cuerpo cuya temperatura se desea medir. Evita problemas cuando la temperatura del cuerpo es la temperatura de fusión del material del que está hecho el sensor.

Se basan en la ley de Stefan-Boltzmann: todas las sustancias a cualquier temperatura por encima del cero absoluto radían energía como resultado de la agitación atómica asociada con su temperatura. La energía emitida por el cuerpo aumenta proporcionalmente con la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo.

Tienen un sistema óptico que recoge la energía radiada y la concentra en un detector, el cual genera una señal propocional a la temperatura.

Se usan cuando el área a medir se mueve o es de difícil acceso o cuando no se pueden usar los termopares.

GRACIAS