SENSORES DE TEMPERATURA (Industriales)

Alumnos:

Alejandro Arenas

Alejandro Dávila

Profesor:Msc. Orlando Philco A.

Qué son los sensores?Un sensor es un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud delexterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamoscapaces de cuantificar y/o manipular. Realizan tres fases:

Cualquier fenómeno físico al ser medido y ser captado por un sensor, debemostrar en su salida una señal eléctrica dependiente del valor de la variable física.

La señal eléctrica es modificada por un sistema de acondicionamiento de señal,cuya salida es un voltaje.

El sensor dispone de una circuitería que transforma y/o amplifica la tensión desalida, la cuál pasa a un conversor A/D, conectado a un PC. El convertidor A/Dtransforma la señal de tensión continúa en una señal discreta.

Tipos de Sensores:

CLASIFICACIÓN TIPOS

Principios de Funcionamiento

Activos

Pasivos

Tipo de señal de Salida

Análogica

Digital

Temporales

Rango de valores de

salida

ON/OFF

De Medición

Nivel de Integración

Discretos/Integrados

Inteligentes

Tipo de Variable medida

Temperatura,

Mecánico, Óptico, Eléctrico

Sensor de Temperatura (térmico)

Los sensores térmicos se utilizan para medir una magnitud externa (calor/frio) para asíasegurar que un proceso se encuentre bien y dentro de un cierto rango ya establecido.Hay dos variedades principales:

- Sensores de contacto (termopares/termistores)- Sensores sin contacto (miden la radiación térmica emitida/mide la temperatura a

distancia)

Por eso decimos que son dispositivos que transforman los cambios de temperatura(calor/frío) en cambios dados en señales eléctricas que son procesados por algún equipoeléctrico o electrónico. Existen varios tipos de sensores de temperatura, entre ellosestán:

- RTD (Pt100/Pt1000)- Termopares/Termocuplas- Termistores- Infrarrojo

Características de los sensores deTemperaturao Rango de Medida: Seria el valor (máx./min.) establecido de la magnitud requerida, en la que el

dispositivo debería operar.

o Precisión: Es una cualidad que se refleja con el error de medida máximo esperado.

o OFFSET o Desviación de Cero: Es el valor de la variable de salida, cuando la variable de entradaes nula. Pero si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada,habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.

o Sensibilidad del Sensor: Se debe a la relación entre la variación de la (magnitud de salida) y lavariación de la (magnitud de entrada).

o Resolución: Es la mínima variación de la magnitud de entrada que se puede apreciarse a lasalida.

o Rapidez de Respuesta: Puede ser en un tiempo fijo, o depender de cuánto varíe la magnitud amedir. Normalmente depende de la capacidad del sistema.

o Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyenen la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, latemperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.

o Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Tipos de Sensores de Temperaturao RTD:

Un RTD es un detector de temperatura resistivo, esto quiere decir que esta basado en la variación dela resistencia de un conductor con la temperatura. Esta compuesto por una aleación de metales comoel platino, cobre, níquel y molibdeno.

Su funcionamiento es que al calentarse el metal habrá una mayor agitación térmica, causando ladispersión de más electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando así la resistencia. Estoquiere decir que a mayor temperatura, mayor agitación, entonces mayor resistencia.

Los dispositivos RTD son bobinados, permiten la contracción y dilatación del material. Los dos tiposque vamos a ver son Pt-100 y Pt-1000.

o Ro: Es la resistencia de referencia (INICIAL).

o ∆ T: Es la variación de la temperatura.

o α: Es el coeficiente de temperatura del conductor.

1. RTD (Pt-100):

Un Pt-100 es un sensor de temperatura, que consiste en un alambre de platino quegeneralmente a (0 °C tiene 100 ohms) y que al aumentar la temperatura va aumentando suresistencia eléctrica. En estos dispositivos el incremento de la resistencia no es lineal, pero sidan un gran rango de temperaturas.

Características:

- Entregan mediciones con una décima degrado de precisión.

- No se descompone gradualmente, sinose abre la varilla, lo cual es mas fácildetectar la falla de funcionamiento.

- Existen 3 modos de conexión (2hilos,3hilos, 4hilos) y cada uno requiere uninstrumento de lectura distinto.

2 Hilos 3 Hilos 4 Hilos

2. RTD (Pt-1000):Un Pt-1000 es un sensor de temperatura, que consiste en un alambre de platino quegeneralmente a (0 °C tiene 1000 ohms) y que al aumentar la temperatura va aumentando suresistencia eléctrica. En estos dispositivos el incremento de la resistencia no es lineal, pero sidan un gran rango de temperaturas.

Características:

- La sensibilidad de precisión es baja,obligando a montar circuitos electrónicospara medir la temperatura.

- No se descompone gradualmente, sino seabre la varilla, lo cual es fácil detectar lafalla.

- Existen 3 modos de conexión (2hilos,3hilos, 4hilos) y cada uno requiere uninstrumento de lectura distinto.

2 Hilos 3 Hilos 4 Hilos

Varía 385 Ohm cada 100ºC.

Tipos de Sensores de Temperaturao Termopares / Termocuplas:

Las termocuplas/termopares son sensores de temperatura eléctricos utilizados en la zonaindustrial. Para hacer funcionarla, se debe hacer con dos alambres de distinto materialunidos en un extremo, entonces al aplicar temperatura en la unión de los metales segenera un voltaje muy pequeño (miliVolts) el cual va aumentando a la par con latemperatura.

- Son encapsulados, para protegerlosde las condiciones extremas.

- Dependiendo de la distancia, se vadando una pequeña señal eléctricade estos transductores.

- Deben utilizarse cablescompensados para que puedatransportar esta señal sin que lamodifique.

o Tipos de (Termopares / Termocuplas):

– Tipo K: (Cromo/Aluminio) tiene una amplia variedad de aplicaciones, con un rango detemperatura de (-200 ºC a +1.200 ºC) y una sensibilidad 41µV/°C aprox.

– Tipo E: (Cromo/Constantán) No son magnéticos, son ideales para el uso en bajastemperaturas (Frío), y una sensibilidad de 68 µV/°C aprox.

– Tipo J: (Hierro/Constantán) Tiene un rango limitado, y tienen un rango de temperatura de(-40ºC a +750ºC).

– Tipo N: (Nicrosil/Nisil) Es adecuado para mediciones de alta temperatura, gracias a suestabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y tiene una baja sensibilidad10 µV/°C aprox.

– Tipo B: (Platino/Rodio) Son adecuados para altas temperaturas superiores a 1.800 ºC.

– Tipo R: (Platino/Rodio) Son adecuados para altas temperaturas de hasta 1.600 ºC. Aunquetiene una baja sensibilidad 10 µV/°C aprox.

– Tipo S: (Hierro/Constantán) Ideal para de altas temperaturas hasta los 1.600 ºC, pero tieneuna baja sensibilidad 10 µV/°C. Tiene una elevada estabilidad, y existen dos tipos: (Tipo S –Tipo T – Tipo B – Tipo R – Tipo S).

Tipos de Sensores de Temperaturao Termistores:

Los termistores son sensores de temperatura, los cuales su funcionamiento se basa en lavariación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. Existen dostipos de termistor:

- NTC (Negative Temperature Coefficient)- PTC (Positive Temperature Coefficient)

Estos dispositivos son fabricados a partir de los óxidos de metálicos (manganeso, cobalto,cobre y níquel), ósea un semiconductor que deja pasar parcialmente la corriente. Eltérmino proviene de (Thermally Sensitive Resistor).

Características:- Los termistores sufren de auto

calentamiento, por lo que hay que sercuidadosos en la tensión y corriente quehacemos circular por el sensor paraevitar falsos aumentos de temperatura.

- Tienen amplio rango de medición, y bajocosto en el mercado.

- No son lineales, lo que dificulta laobtención de datos y complicación alcalibrar.

1. PTC:Los PTC son resistencias de coeficiente de temperatura positiva, constituidas por un cuerposemiconductor, cuyo coeficiente de temperatura es elevado, quiere decir que suconductividad crece muy rápidamente con la temperatura.

Características:- Las temperaturas que oscilan

entre 60° C a 180° C.- Utilizan fusibles de estado

sólido de protección contra elexceso de corriente.

- Varia la corriente de acuerdo ala temperatura, ya que seproduce mayor resistencia, yvarios niveles de tensióncontinua superior a 600V.

- Normalmente usados comosensores de nivel de líquidos.

- Entregan mediciones con unadécima de grado de precisión.

2. NTC:Los NTC son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerposemiconductor, cuyo coeficiente de temperatura es elevado, quiere decir que suconductividad crece muy rápidamente con la temperatura.

En su fabricación se emplean óxidos semiconductores (Níquel, Zinc, Cobalto, etc..). Por estarazón la relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial. Dicharelación cumple con la fórmula siguiente:

El coeficiente de temperatura es negativo y elevado.

Sistema de Medición con Sensores de Temperatura

Conexiones de los Sensores de Temperatura

RTD

Termopares/Termocuplas