laboratorio

1. UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
LABORATORIO SENSORES
CARACTERIZACIÓN, LINEALIZACION Y
ACONDICIONAMIENTO DE SENSORES RESISTIVOS
DAVID ANDRES ORTIZ TORO 1802176
LUISA FERNANDA ARDILA GARCIA 1801986
11 de agosto del 2015
ABSTRACT
In the laboratory the different
resistive sensors that exist in the
temperature measurement and
what is the variation having in
resistance as its temperature
changes analysis results is made
and after linearization and
characterization of the results
obtained in the laboratory is
observed.
RESUMEN
En el laboratorio se observo los
diferentes sensores resistivos que
existen en la medición de
temperatura y cuál es la variación
que tienen en la resistencia
conforme cambia su temperatura
se hace un análisis de resultados
y después una linealización y
caracterización de los resultados
obtenidos en el laboratorio.
OBJETIVOS
- Realizar la caracterización de los
sensores resistivos RTD,
Termopares y termistores, para
determinar las características
estáticas y/o dinámicas.
- Linealizar a través del puente de
wheatstone los sensores
resistivos para realizar
posteriormente aplicaciones de los
mismos.
- Acondicionar los sensores
resistivos mediante el uso de
elementos electrónicos pasivos y
activos.
INTRODUCCIÓN
Los sensores son un componente
importante para el desarrollo de
competencias del ingeniero
mecatronico, para el diseño de
sistemas efectivos que den a
conocer al usuario el valor de una
variante a conocer en el siguiente
laboratorio esta variable fue la
temperatura, los sensores
utilizados fueron un termistor,
termopar y una pt 100 todos estos
sensores mencionados son
sensores resistivos los cuales
cambian su resistencia conforme
cambia la temperatura medida
cada uno de estos sensores actúa

2. y se conforma de forma diferente.
cada uno de ellos son utilizados
para distintas aplicaciones por lo
cual se hace la linealización y la
caracterización de los resultados
obtenidos.
MARCO TEORICO
Los sensores basados en la
variación de la resistencia es
uno de los más importantes ya
que son muchas magnitudes
físicas que afectan al valor de
la resistencia eléctrica de un
material.
En consecuencia, ofrecen una
solución valida para numerosos
problemas de medida, en el caso
de los resistores variables con la
temperatura, ofrecen también un
método de compensación térmica
aplicable en los sistemas de
medidas de otras magnitudes.
Describimos los sensores más
frecuentes basados en la
variación de resistencia,
exponiendo su fundamento en sus
aplicaciones.
Para la clasificación de los
diversos sensores de esta clase
se toma como criterio el tipo de
magnitud física a medida. El orden
seguido es el de variables
mecánicas, térmicas, magnéticas,
ópticas y químicas.
POTENCIOMETRO
Es un resistor con un contacto
móvil deslizante o giratorio. La
resistencia entre dicho contacto y
uno de sus terminales fijos es:
Donde x es la distancia recorrida
desde el otro terminal fijo, α la
fracción de longitud
correspondiente, ρ es la
resistividad del material, l su
longitud y A su sección
transversal, supuesta uniforme.
DETECTORES DE TEMPERATURA
RESISTIVOS (RTD).
Estos tipos de sensores suelen
designarse por sus siglas en inglés
RTD (Resistance Temperature
Detector). Su símbolo es el que se
muestra en la siguiente figura. La
línea recta indica que tienen un
comportamiento lineal intrínseco y la
anotación que la acompaña indica
que su variación se debe a la
temperatura y que tiene un
coeficiente positivo.
Fuente: IE. LUIS Horacio Bernal.
Las RTD se basan en la variación de
la resistencia de un conductor con la
temperatura.
En el caso del platino, ofrece una
gran linealidad aunque su
sensibilidad es menor que la de otros
materiales como el níquel. Por esta
razón, uno de los sensores de
temperatura más comunes, debido a

3. sus prestaciones, es la sonda de
platino de 100Ω, conocida como
Pt100. En la siguiente tabla, se
resumen las características más
importantes de algunos conductores
utilizados en este tipo de medidas.
Fuente: RAMON Pallas Areny,
Senosres y Aciondicionadores.
TERMISTORES
Los termistores (thermally sensitive
resistor) son resistores variables con
la temperatura basada en
semiconductores. En función de que
su coeficiente de temperatura sea
positivo o negativo, se distingue entre
PTC (Positive Temperature
Coefficient) y NTC (Negative
Temperature Coefficient). Sus
símbolos son los mostrados en la
figura 2, donde el trazo horizontal que
acompaña a la línea inclinada indica
un comportamiento no lineal como se
observan en las siguientes figuras:
Fuente: RAMON Pallas Areny,
Senosres y Aciondicionadores.
Los termistores se basan en el
aumento de portadores en los
semiconductores con el aumento de
la temperatura, lo que da lugar a una
disminución de su resistencia.
Cuando el dopado es muy intenso, el
semiconductor adquiere propiedades
de coeficiente de temperatura
positivo en un rango de temperaturas
limitado. En la figura 3 se muestran
las características resistencia-
temperatura típicas de una NTC y
una PTC como se observa en las
siguientes figuras:
Fuente: RAMON Pallas Areny,
Senosres y Aciondicionadores.
DESARROLLO
DATOS
 SENSOR RTD – PT10
T (°c) R(ohm)
24,5 6,8
26,5 6,8
28,5 7,1
30,5 7,2
32,5 8
34,5 8,1
36,5 8,4
38,5 8,8
40,5 8,9
42,5 9
44,5 9,5
46,5 9,6
48,5 9,8
50,5 10

4.  SENSOR SEMICONDUCTOR
– NTC 10K ohms
T (°c) R(Kohm)
24,5 11,82
26,5 9,38
28,5 8,61
30,5 7,89
32,5 6,92
34,5 6,2
36,5 5,66
38,5 5,21
40,5 4,77
42,5 4,49
44,5 4,15
46,5 3,76
48,5 3,6
50,5 2,97
 SENSOR – TERMOPAR
T (°c) R(ohm)
25 1,7
27 1,7
29 1,4
31 1,3
33 1
35 0,9
37 0,7
39 0,6
41 0,5
43 0,3
45 0,4
47 0,1
49 0
51 -0,1
GRAFICAS
 SENSOR RTD – PT10
Ilustración 1 resistencia del sensor RTD en
función de la temperatura
 SENSOR –NTC
Ilustración 2 resistencia del sensor NTC en
función de la temperatura

5.  SENSOR – TERMOPAR
Ilustración 3 resistencia del sensor TERMOPAR
en función de la temperatura
CARACTERISTICAS
 RANGO
El rango de medida de los sensores
tres está basado el campo de
medición de la temperatura en °C
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 = 𝑋𝑠 − 𝑋𝑖
Xs = límite superior = 51,5
Xi = límite inferior = 24,5
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 = 51,5 − 24,5 = 27
 SENSIBILIDAD
𝑺 =
𝑅
°𝑇
=
𝒐𝒖𝒕
𝒊𝒏
 HISTÉRESIS
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 =
|𝑦1 − 𝑦2|
|𝑥 𝑓 − 𝑥 𝑖|
∗ 100%
- SENSOR- RTD
Tabla 1. Cambio de resistencia Orden
descendente de temperatura
Tabla 2. Cambio de resistencia Orden
ascendente de temperatura
Tabla 1 tabla 2.
T (°c) R2(ohm) T (°c) R(ohm)
24,5 6,8 24,5 6,8
26,5 6,9 26,5 6,8
28,5 7 28,5 7,1
30,5 7,2 30,5 7,2
32,5 7,3 32,5 8
34,5 7,4 34,5 8,1
36,5 7,6 36,5 8,4
38,5 7,7 38,5 8,8
40,5 7,9 40,5 8,9
42,5 8 42,5 9
44,5 8,3 44,5 9,5
46,5 8,5 46,5 9,6
48,5 8,8 48,5 9,8
50,5 9 50,5 10
Ilustración 4 Histéresis de sensor RTD de cambio
de resistencia en función de la temperatura en
orden ascendente y descendente
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 =
|8 − 7,3|
|32,5 − 55,5|
∗ 100%
= 3,04%

6. - SENSOR –NTC
Tabla 1. Cambio de resistencia Orden
descendente de temperatura
Tabla 2. Cambio de resistencia Orden
ascendente de temperatura
Tabla 1 Tabla 2.
T (°c) R(Kohm)
T
(°c)
R2(Kohm)
24,5 8 24,5 11,82
26,5 8,52 26,5 9,38
28,5 7,6 28,5 8,61
30,5 6,63 30,5 7,89
32,5 5,5 32,5 6,92
34,5 5,22 34,5 6,2
36,5 3,3 36,5 5,66
38,5 3,98 38,5 5,21
40,5 4,1 40,5 4,77
42,5 3,46 42,5 4,49
44,5 3,5 44,5 4,15
46,5 2,8 46,5 3,76
48,5 2,5 48,5 3,6
50,5 1,29 50,5 2,97
Ilustración 5 Histéresis de sensor NTC de cambio
de resistencia en función de la temperatura en
orden ascendente y descendente
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 =
|3,3−5,66|
|36,5−55,5|
∗ 100% =
12,42%
- SENSOR –TERMOPAR
Tabla 1. Cambio de resistencia Orden
ascendente de temperatura
Tabla 2. Cambio de resistencia Orden
descendente de temperatura
Tabla 1 tabla 2.
T (°c) R(ohm) T (°c) R2(ohm)
25 2 25 1,7
27 1,9 27 1,7
29 1,8 29 1,4
31 1,7 31 1,3
33 1,8 33 1
35 1,6 35 0,9
37 1,3 37 0,7
39 1,2 39 0,6
41 0,9 41 0,5
43 0,7 43 0,3
45 0,4 45 0,4
47 0,3 47 0,1
49 0 49 0
51 0 51 -0,1
Ilustración 6 Histéresis de sensor TERMOPAR de
cambio de resistencia en función de la
temperatura en orden ascendente y descendente
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 =
|1,6 − 0,9|
|35 − 51|
∗ 100%
= 4,375%

7.  LINEALIDAD
De acuerdo a las gráficas podemos
decir que:
- Sensor RTD (ver Ilustración 1.) en
esta grafica podemos observar
que entre 30,5 °c a 32,5°c,
entre 42,5°c a 44,5 °c y entre
44,5°c a 50,5°c hay linealidad
del sensor.
- Sensor NTC (ver Ilustración 2.) en
esta grafica podemos observar
que entre 24,5°c a 26,5°c,
entre 26,5°c a 30,5°c y entre
40,5°c a 46,5°c hay linealidad
del sensor.
- Sensor TERMOPAR (ver
Ilustración 3.) en esta grafica
podemos observar que entre
27°c a 29°c, entre 41°c a 43°c,
entre 45 a 47, y entre 47°c a
51°c hay linealidad del sensor.
 PUNTO MUERTO
Los sensores RTD y los
TERMOPARES tienen una zona
muerta donde no hay cambio de
resistencia.
En el caso de
- TERMOPAR esta entre 25°c y
27°c (ver Ilustración 3.)
- RTD está entre 24,5°c y 26,5°c
(ver Ilustración 1.)
- La NTC no tiene punto muerto
en nuestro rango de medida
(ver Ilustración 2.)
LINEALIZACION
- ANALISIS EXPERIMENTAL
PLANO ELECTRICO
 SENSOR RTD- NTC
𝑹𝟏
𝑹𝑻
=
𝑹𝟐
𝑹𝟑
DATOS
 SENSOR RTD – PT10
𝑅 𝑂° =
𝜌 ∗
𝐿
100𝑚
𝛿
Va Vb Vab T R
2,678 2,481 0,17 24,5 6,8
2,514 2,482 0,168 26,5 6,8
2,312 2,48 0,157 28,5 7,1
2,309 2,483 0,172 30,5 7,2
2,287 2,481 0,163 32,5 8

8. 2,24 2,481 0,168 34,5 8,1
2,231 2,482 0,145 36,5 8,4
2,222 2,481 0,168 38,5 8,8
2,023 2,485 0,16 40,5 8,9
1,954 2,48 0,158 42,5 9
2,003 2,481 0,138 44,5 9,5
2,035 2,483 0,1 46,5 9,6
2,028 2,484 0,135 48,5 9,8
2,008 2,482 0,132 50,5 10
 Sensor NTC
Va Vb Vab T R
2,54 2,52 0,083 24,5 11,82
2,57 2,52 0,64 26,5 9,38
2,45 2,52 0,255 28,5 8,61
2,34 2,52 0,473 30,5 7,89
2,32 2,52 0,638 32,5 6,92
2,23 2,52 0,812 34,5 6,2
2,13 2,52 0,912 36,5 5,66
2,08 2,52 0,96 38,5 5,21
2,02 2,52 1,01 40,5 4,77
1,97 2,52 1,08 42,5 4,49
1,92 2,52 1,11 44,5 4,15
1,83 2,52 1,19 46,5 3,76
1,78 2,52 1,2 48,5 3,6
1,77 2,52 1,22 50,5 2,97
GRAFICAS
 SENSOR RTD – PT10
Ilustración 7 voltaje AB sensor RTD en función de
la temperatura en un puente de wheatstone
Ilustración 8 voltaje B sensor RTD en función de la
temperatura en un puente de Weaston
Ilustración 9 voltaje A sensor RTD en función de la
temperatura en un puente de wheatstone
 SENSOR RTD – NTC
Ilustración 10 voltaje AB sensor NTC en función
de la temperatura en un puente de wheatstone

9. Ilustración 11 voltaje A sensor NTC en función de
la temperatura en un puente de wheatstone
Ilustración 12 voltaje B sensor NTC en función de
la temperatura en un puente de wheatstone
- ANALISIS MATEMATICO
Resistencia nominal del sensor en
función de la longitud, coeficiente de
variación y área transversal
𝑹 𝑶° =
𝝆 ∗
𝑳
𝟏𝟎𝟎𝒎
𝜹
Histéresis de la medición de los sensores
𝑯𝒊𝒔𝒕𝒆𝒓𝒆𝒔𝒊𝒔 =
|𝒚 𝟏 − 𝒚 𝟐|
|𝒙 𝒇 − 𝒙 𝒊|
∗ 𝟏𝟎𝟎%
Cambio de resistencia según
variación de temperatura y
coeficiente de material
𝑹 𝑿 𝑻° = 𝑹 𝟎°(𝟏 + 𝜶∆𝑻)
Variación de la temperatura
∆𝑻 = |𝑻 𝟏
𝟐
𝒂
− 𝑿𝑻|
Voltaje de salida del puente de
wheatstone
𝑽 𝒂 =
𝑽𝑹 𝑿
𝑹 𝟏+𝑹 𝑿
𝑽 𝒃 =
𝑽𝑹 𝟑
𝑹 𝟐+𝑹 𝟑
𝑽 𝒂𝒃 = 𝑽 (
𝑹 𝑿
𝑹 𝟏+𝑹 𝑿
−
𝑹 𝟑
𝑹 𝟐+𝑹 𝟑
)
ANALISIS DE RESULTADOS
- Podemos analizar las gráficas
y observar que el sensor RTD
es el más lineal de los tres
sensores.
- De acuerdo con las
características de los sensores
podemos ver en las gráficas su
sensibilidad, linealidad y la
forma en la que cambian su
resistencia ya que unas
disminuyen su resistencia con
el aumento de temperatura y
las otras aumentan su
resistencia con el aumento de
temperatura.
- Al realizar la linealización con
un puente de wheatstone
podemos observar que los
voltajes son muy variables y
algunos en voltajes muy
pequeños
- Yo recomendaría el voltaje de
vab ya que es más práctico
porque es constante al
aumento de temperatura.
- El voltaje de salida del puente
de wheatstone es muy
pequeño y para ello se realiza

10. un acondicionamiento con un
amplificador para poder darle
la ganancia necesaria para
poder utilízalo en otra
aplicación.
CONCLUSINES
- De las gráficas podemos concluir
que el sensor termopar no es un
sensor resistivo muy bueno ya
que su resistencia es muy
pequeña aunque resiste
temperaturas muy grandes.
- Se puede concluir que por el
termopar ser un sensor que son
dos cables unidos sin producir
mucha resistencia se puede
observar como un corto y
consume más corriente entonces
su linealización es muy difícil de
realizar.
-
BLIOGRAFIA
 Miguel A. Pérez García.
Instrumentación Electrónica.
Ed. THOMSON
 Harry Norton. SENSORES
Y ANALIZADORES. Ed
GUSTAVO GILI.
 Web: Direcciones de
fabricantes en Internet
 Ramón Pallas Arenis.
SENSORES Y
ACONDICIONADORES DE
SEÑAL. Ed. ALFA OMEGA
MARCOMBO.