sensor de temperatura y nivel

7/21/2019 Sensor de Temperatura y Nivel

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Sensor de temperatura

Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los

cambios de temperatura en cambios en seales elctricas que son

procesados por equipo electrico o electrnico.

Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y

los termopares.

El sensor de temperatura, tpicamente suele estar formado por el

elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo

envuelve y que est! rellena de un material muy conductor de la

temperatura, para que los cambios se transmitan r!pidamente al

elemento sensor y del cable al que se conectar!n el equipo electrnico.

Termistor

El termistor est! basado en que el comportamiento de la resistencia de

los semiconductores es variable en funcin de la temperatura.

E"isten los termistores tipo #T$ y los termistores tipo %T$. En los

primeros, al aumentar la temperatura, disminuye la resistencia. En los

%T$, al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia.

El principal problema de los termistores es que no son lineales se&'n la

temperatura por lo que es necesario aplicar frmulas comple(as para

determinar la temperatura se&'n la corriente que circula y son

complicados de calibrar.

)!s sobre el termistor

RTD ( resistance temperature detector)

*n RTD es un sensor de temperatura basado en la variacin de la

resistencia de un conductor con la temperatura.

Los metales empleados normalmente como RTD son platino, cobre,

niquel y molibdeno.
http://medirtemperatura.com/termistor.phphttp://medirtemperatura.com/termistor.php


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De entre los anteriores, los sensores de platinoson los m!s comunes

por tener me(or linealidad, m!s rapide+ y mayor mar&en de

temperatura.

Termopar

El termopar, tambin llamado termocupla y que recibe este nombre por

estar formado por dos metales, es un instrumento de medida cuyo

principio de funcionamiento es el efecto termocelctrico.

*n material termoelctrico permite transformar directamente el calor en

electricidad, o bien &enerar fro cuando se le aplica una corriente

elctrica.

El termopar &enera una tensin que est! en funcin de la temperaturaque se est! aplicando al sensor. )idiendo con un voltmetro la tensin

&enerada, conoceremos la temperatura.

Los termopares tienen un amplio ran&o de medida, son econmicos y

est!n muy e"tendidos en la industria. El principal inconveniente estriba

en su precisin, que es pequea en comparacin con sensores de

temperatura RTD o termistores.
http://medirtemperatura.com/PT100-PT1000.phphttp://medirtemperatura.com/PT100-PT1000.php


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Termopar

Diagrama de funcionamiento del termopar.

Un termopar(tambin llamado termocople) es un transductorformado por la unin dedos metalesdistintos que produce unadiferencia de potencialmuy pequea (del orden de los

milivoltios) que es funcin de la diferencia de temperaturaentre uno de los extremos

denominado punto caliente o unin caliente o de medida y el otro llamado punto fr!o

o unin fr!a o de referencia (efecto "eebec#).

$ormalmente los termopares industriales est%n compuestos por un tubo de acero inoxidableu

otro material. &n un extremo del tubo est% la unin' y en el otro el terminal elctrico de los

cables' protegido dentro de una caa redonda de aluminio (cabeal).

&n instrumentacin industrial' los termopares son usados comosensores de temperatura."on

econmicos' intercambiables' tienen conectores est%ndar y son capaces de medir un amplio

rango de temperaturas. "u principal limitacin est% en la exactitud' pues es f%cil obtener

errores del sistema cuando se trabaa con precisiones inferiores a un grado *elsius.+cita requerida,

&l grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. -anto lostermopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefaccina gas.

ndice

+ocultar,

/inealiacin

0 1ormato de termopares

o 0. -ipos

2 3recauciones y consideraciones al usar termopares
http://es.wikipedia.org/wiki/Transductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Seebeckhttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_inoxidablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_industrialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonda_de_temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonda_de_temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonda_de_temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Verificabilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Verificabilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Verificabilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termopar#Linealizaci.C3.B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termopar#Formato_de_termopareshttp://es.wikipedia.org/wiki/Termopar#Tiposhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termopar#Precauciones_y_consideraciones_al_usar_termopareshttp://es.wikipedia.org/wiki/Transductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Seebeckhttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_inoxidablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_industrialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonda_de_temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Verificabilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termopar#Linealizaci.C3.B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termopar#Formato_de_termopareshttp://es.wikipedia.org/wiki/Termopar#Tiposhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termopar#Precauciones_y_consideraciones_al_usar_termopares


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o 2. 3roblemas de conexin

o 2.0 4esistencia de la gu!a

o 2.2 Desauste

o 2.5 4uido

o 2.6 7oltae en modo com8n

o 2.9 4uido en modo serie

o 2.: Desviacin trmica

5 /eyes

6 7ase tambin

9 ;ibliograf!a

Linealizacin+editar,


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-ipos+editar,

Tipo K(cromel@alumel)A con una amplia variedad aplicaciones' est% disponible a un

bao costo y en una variedad de sondas. &l cromel es una aleacin de$iB*r' y el alumel

es una aleacin de$iB


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adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad' el tipo " es utiliado para

la calibracin universal delpunto de fusindel oro(95'52 E*).

/os termopares con una baa sensibilidad' como en el caso de los tipos ;' 4 y "' tienen

adem%s una resolucin menor. /a seleccin de termopares es importante para asegurarse

que cubren el rango de temperaturas a determinar.

Precauciones y consideraciones al usar termopares+editar,

/a mayor parte de los problemas de medicin y errores con los termopares se deben a la falta

de conocimientos del funcionamiento de los termopares. < continuacin' un breve listado de

los problemas m%s comunes que deben tenerse en cuenta.

3roblemas de conexin+editar,

/a mayor!a de los errores de medicin son causados por uniones no intencionales deltermopar. "e debe tener en cuenta que cualquier contacto entre dos metales distintos crear%

una unin. "i lo que se desea es aumentar la longitud de las gu!as' se debe usar el tipo

correcto del cable de extensin.


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4uido+editar,

/a salida de un termopar es una pequea seal' as! que es susceptible de error por ruido

elctrico. /a mayor!a de los instrumentos de medicin rec=aan cualquier modo de ruido

(seales que est%n en el mismo cable o en ambos) as! que el ruido puede ser minimiado al

retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma seal de ruido. "i se operaen un ambiente extremadamente ruidoso (por eemplo cerca de un granmotor)' es necesario

considerar usar un cable de extensin protegido. "i se sospec=a de la recepcin de ruido'

primero se deben apagar todos los equipos sospec=osos y comprobar si las lecturas cambian.

"in embargo' la solucin m%s lgica es disear un filtro pasabaos (resistencia y condensador

en serie) ya que es probable que la frecuencia del ruido (por eemplo de un motor) sea muc=o

mayor a la frecuencia con que oscila la temperatura. ? ponerle un repetidor despus del

termopar para que la seal en el cable sea mayor y que el equipo receptor este compensado

para poder acoplar ese repetidor.

7oltae en modo com8n+editar,

&stos voltaes pueden ser causados tanto por una recepcin inductiva (un problema cuando

se mide la temperatura de partes del motor y transformadores) o por las uniones a conexiones

terrestres. Un eemplo t!pico de uniones a tierra ser!a la medicin de un tubo de agua caliente

con un termopar sin aislamiento. "i existe alguna conexin terrestre pueden existir

algunos voltiosentre el tubo y la tierra del instrumento de medicin. &stas seales est%n una

ve m%s en el modo com8n (las mismas en ambos cables del termopar) as! que no causar%n

ning8n problema con la mayor!a de los instrumentos siempre y cuando no sean demasiado

grandes. /os voltaes del modo com8n pueden ser minimiados al usar los mismos recaudos

del cableado establecidos para el ruido' y tambin al usar termopares aislados.

4uido en modo serie+editar,

"i el sensor est% expuesto a cables de alta tensin se puede presentar un voltae que aparece

en solo una de las l!neas de este' este ruido se puede disminuir transmitiendo la seal en

corriente.

Desviacin trmica+editar,


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de un termopar con cables delgados conectados a un termopar de extensin muc=o m%s

gruesa a menudo ofrece el meor resultado.

Leyes+editar,

&studios realiados sobre el comportamiento de termopares =an permitido establecer tresleyes fundamentalesA

. /ey del circuito =omogneoA en un conductor met%lico =omogneo no puede

sostenerse la circulacin de una corriente elctrica por la aplicacin exclusiva de calor.

0. /ey de los metales intermediosA si en un circuito de varios conductores la temperatura

es uniforme desde un punto de soldadura K


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RTD

4-D (t=in film)

4-D (cubierta cer%mica)

sonda de medida

sonda de medida

Un RTD(del inglsA resistance temperature detector) es un detector de temperaturaresistivo' es decir' un sensorde temperaturabasado en la variacin de la resistencia de unconductor con la temperatura. "u s!mbolo es el siguiente' en el que se indica una variacin

lineal con coeficiente de temperatura positivo.

"!mbolo 4-D
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margen de temperatura mayor

alta linealidad

sin embargo' su sensibilidad ( ) es menor

Un sensor muy com8n es el 3t (4-D de platino con 4M a E*). &n la siguiente

tabla se muestran valores est%ndar de resistencia a distintas temperaturas para un sensor

3t con M .2H6 .

Temperatura

(C))0 20 30 40 60 80 100

Resistencia ( ) 100 107.79 111.55 115.54 123.1 130.87 138.50

Termistor

"!mbolo genrico de un termistor.

"!mbolo $-*.

"!mbolo 3-*.


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Un termistores unsensorresistivo de temperatura. "u funcionamiento se basa en lavariacin de la resistividadque presenta un semiconductorcon la temperatura. &l trmino

termistor proviene de Thermally "ensitive 4esistor. &xisten dos tipos de termistorA

$-*($egative -emperature *oefficient) C coeficiente de temperatura negativo

3-*(3ositive -emperature *oefficient) C coeficiente de temperatura positivo (tambin

llamado posistor).

*uando la temperatura aumenta' los tipo 3-* aumentan su resistencia y los $-* la

disminuyen.

ndice

+ocultar,

Nntroduccin

o . -ipos

0


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eemplo' el siguiente modelo caracteria la relacin entre la temperatura y la resistencia

mediante dos par%metrosA

con

dondeA

es la resistencia del termistor $-* a la temperatura T(K)

es la resistencia del termistor $-* a la temperatura de referencia (K)

Bes la temperatura caracter!stica del material' entre 0 Ky 6 K.

3or analog!a a los sensores 4-D' podr!a definirse un coeficiente de temperatura

equivalente ' que para el modelo de dos par%metros quedar!aA

3uede observarse como el valor de este coeficiente var!a con la temperatura. 3or

eemplo' para un termistor $-* con BM 5 Ky TM 06 E*' se tendr% un

coeficiente equivalente M B.56 ' que ser% die veces superior a la

sensibilidad de un sensor 3t con M .2H6 .

&l error de este modelo en el margen de a 6 E* es del orden de O.6 E*.

&xisten modelos m%s sofisticados con m%s par%metros que dan un error de

aproximacin a8n menor.

&n la siguiente figura se muestra la relacin tensin C corriente de un termistor

$-*' en la que aparecen los efectos del autocalentamiento.


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-ermistor (tipo disco)

-ermistor (axial)

"onda de medida

Aplicaciones+editar,

Qay tres gruposA


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ndice

+ocultar,

;imet%licos

o . Panuales

o .0


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3ueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados cambiando su estado cuando la

temperatura alcana el nivel para el que son preparados.

Manuales[editar]

"on los que requieren intervencin =umana para regresar a su estado inicial' como lostermostatos de seguridad que realian una funcin en caso de que la temperatura alcance

niveles peligrosos.

-ermostato de gas con auste de temperatura. Usado en acondicionadores de aire de ventana y

pequeos refrigeradores.

Automticos[editar]

4egresan a su estado inicial sin necesidad de intervencin =umana.


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-ermostato de parafina para radiadores de ve=!culos.

&mpleados en v%lvulas de control defluido' contienen parafinaencapsulada que se expande

al aumentar la temperaturaI sta' a su ve' empua un disco que permite el paso del fluido.

*uando el fluido baa su temperatura' un resortevuelve el disco a su posicin inicial cerrando

el paso. Un eemplo de este termostato es el empleado en el sistema de enfriamiento de los

motores de combustin interna.

Electrnicos+editar,

/os termostatos electrnicos cada ve son m%s =abituales debido a sus ventaas.

3ueden estar libres de partes mviles y contactos que sufren deterioro.

"e puede configurar tanto una temperatura como un umbral o un tiempo m!nimo entre

activaciones.

"e pueden integrar f%cilmente en un sistema con m%s funciones como programador

=orario con otros sucesos.

*on un controlador 3NDpuede =acer una gestin m%s inteligente.

Un termostato electrnico puede meorar las aplicaciones en que se usan los termostatos

mec%nicos.

&n un frigor!fico puede evitar que se encienda si =ay una subida breve de temperatura'

por eemplo' al abrir la nevera y ventilarse el aire interior.
http://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resortehttp://es.wikipedia.org/wiki/Resortehttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Termostato&action=edit&section=6http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_PIDhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resortehttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Termostato&action=edit&section=6http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_PID


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&n el sistema de refrigeracin de un ve=!culo se puede utiliar una bomba elctrica

comandada electrnicamente de modo que no encienda en el periodo de calentamiento

(evitando gastar energ!a in8tilmente) y variando su velocidad seg8n la demanda de

potencia. Un sistema mec%nico tal ve no podr!a eliminar bien el calor acumulado a pocas

43P y en altas podr!a requerir excesiva potencia para la necesidad de refrigeracin.

&n una casa un termostato se puede complementar con una programacin seg8n la

=ora' el d!a de la semana' otros eventos o seg8n la eficiencia.

&n un aire acondicionado residencial se puede programar tiempos m!nimos de

compresor detenido para evitar que el compresor una ve detenido no encienda

demasiado pronto' evitando problemas de arranque y prolongando la vida 8til.

Qay motores elctricos (generalmente de grandes potencias) que incluyen un termistor

tipo ptc o ntc en la bobina para poder proteger el bobinado de recalentamientos de

manera m%s r%pida y precisa que un termostato mec%nico tipo bimetal.

&l elemento que permite medir la temperatura puede ser un sistema infrarroo u otro' pero el

m%s =abitual suele ser un termistor que se puede fabricar de diferentes formas.

-ermistor+editar,

-ermistor $-*.

&ste tipo de termostatos est%n construidos alrededor de un termistor. Un termistor es un

dispositivo que cambia su impedanciadependiendo de la temperatura.

/a impedancia del termistor es le!da por unsistema de control' usualmente basado en

un microcontrolador' que es programado para realiar diferentes operaciones a determinadas

temperaturas.

&xisten muc=as variantes de termostatos electrnicos' pero la mayor!a de las veces el

componente real de lectura de temperatura es el termistor. &xisten versiones antiguas donde

empleaban termostatos de gas. &n general' cualquier dispositivo que permita medir con
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Termostato&action=edit&section=7http://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_controlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_controlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microcontroladorhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Termostato&action=edit&section=7http://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_controlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador


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electrnica la temperatura puede ser integrado en un termostato. 3or eemplo' resistencias de

platino' semiconductores sensores de temperatura' etc.

Usos+editar,

"e puede usar en diversos aparatos en los cuales act8a como sensor en un diagrama debloques con realimentacion previamente manipulado para su uso.
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