Recomendados
Más contenido relacionado
La actualidad más candente
La actualidad más candente (20)
Similar a Clase sensores temperatura ii cuat 2010
Similar a Clase sensores temperatura ii cuat 2010 (20)
Último
Último (20)
Clase sensores temperatura ii cuat 2010
- 1. 7206 FIUBA 2009 1 Sensores de Temperatura Bimetálicos Termoresistencias – RTD Termistores Termopares Métodos sin contacto
- 4. 7206 FIUBA 2009 4 Termómetros bimétalicos Los sólidos tienden a expandirse cuando se calientan L = Lo(1 + α ∆T) L = Length of material after heating Lo = Original length of material α = Coefficient of linear expansion ∆T = Change in temperature Valores de α para metales comunes: • Aluminum = 25 × 10−6 per degree C • Copper = 16.6 × 10−6 per degree C • Iron = 12 × 10−6 per degree C • Tin = 20 × 10−6 per degree C • Titanium = 8.5 × 10−6 per degree C
- 5. 7206 FIUBA 2009 5 Termómetros bimétalicos Constan de dos láminas metálicas con diferente coeficiente de dilatación, unidas sólidamente por sus extremos. Cuando por efecto de la Tª se dilatan, se deforman produciéndose un desplazamiento mecánico cuya fuerza se emplea para mover una aguja indicadora o activar un mecanismo de control. Helicoidales Rango: 0 a 500º C Precisión: 1% Muy usados como termostatos.
- 7. 7206 FIUBA 2009 7 Termoresistencias RTD - termómetros de resistencia metálica Se basan en que la resistencia eléctrica de metales puros aumenta con la Tª. En algunos de forma casi lineal. Este principio proporciona una forma muy precisa de medir. Se necesita un material: – resistente a la corrosión y ambientes hostiles – comportamiento lineal – alta sensibilidad – fáciles de fabricar – estables Rango: -200º C a +500º C Precisión: +/- 0.1°C. Sensores patrón legan hasta +/- 0.0001°C Sensibilidad 0.385 ohmios/º C Para medir la variación de resistencia en el detector se usan circuitos basados en el puente de Wheatstone
- 11. 7206 FIUBA 2009 11 a) Montaje b) Componentes Montaje y conexión al proceso
- 13. 7206 FIUBA 2009 13 Rangos Platino: estables, lineales, baja reactividad Wolframio: Alta temperatura, baja exactitud. Cobre: Baja T, poca precisión. Balco (70% Ni, 30% Fe): Bajo costo
- 14. 7206 FIUBA 2009 14 Clasificación Se clasifican de acuerdo a la resistencia a 0°C. La más común es la Pt 100
- 15. 7206 FIUBA 2009 15 Termistor El termistor es un tipo de transductor pasivo, sensible a la temperatura y que experimenta un gran cambio en la resistencia eléctrica cuando está sujeto a pequeños cambios de temperatura. El término termistor proviene del inglés THERMally sensitive resISTOR, es decir, resistencia térmicamente sensible. Se construyen con distintas aleaciones de materiales semiconductores, como por ejemplo óxidos de níquel, manganeso, zinc y cobalto. PTC: Coeficiente de temperatura positivo. Sufren un cambio de resistencia brusco al alcanzar cierta temperatura (unos 100ºC) pasando de valores de centenares de ohm. a decenas de Megaohm. NTC: Coeficiente de temperatura negativo. Altamente sensibles a cambios de temperatura (valores de alfa entre -2%/K y -6%/K). Dentro de este grupo se encuentra la mayoría de termistores.
- 16. 7206 FIUBA 2009 16 Rango de temperaturas y valores de resistencia Se emplean fundamentalmente entre los -50ºC y los 150ºC no obstante las unidades encapsuladas pueden alcanzar los 300ºC. En la mayoría de aplicaciones el valor de resistencia a 25ºC está entre 100 ohm. y 100 kohm. Aunque se pueden producir con resistencias tan bajas como 10ohm. o tan altas como 40Mohm. Tamaño reducido: Las reducidas dimensiones de los termistores hacen que la respuesta a los cambios de temperatura sean muy rápidas. Sensibilidad a los cambios de temperatura: Los termistores tienen mayor sensibilidad a los cambios de temperatura que otros transductores.
- 17. 7206 FIUBA 2009 17 Termistores Son dispositivos semiconductores, de alta sensibilidad, pero muy alineales. NTC (Negative Temperature Coefficient) o PTC (Positive Temperature Coefficient) Alta sensibilidad 100 ohmios/ grado (la PT100: 0.385 ohmios por grado) No lineal R( T) = R( T0) exp{- B( 1/ T- 1/ T0)}. Se deben linealizar en torno al punto de trabajo, por lo tanto su rango de Tª es pequeño. Útil para Tª ambiente. Muy baratos y pequeños (=> menor cte. de tiempo) Menos precisión (a veces no interesa más) Problemas de estabilidad: hay que “envejecerlos”
- 20. 7206 FIUBA 2009 20 Aplicaciones y configuraciones En el circuito del liquido refrigerante, para poder determinar la temperatura del motor a partir de la temperatura del liquido refrigerante. en el canal de admisión para medir la temperatura del aire aspirado. en el aceite del motor para medir la temperatura del aceite. en el retorno del combustible para medir la temperatura del combustible. •Los termistores se presentan en múltiples configuraciones, las más empleadas son los de perla, disco y chip. •Los termistores tipo perla debido a su pequeño tamaño permiten una respuesta rápida ante los cambios de temperatura. •Los termistores de disco y chip tienen una respuesta de disipación mayor.
- 22. 7206 FIUBA 2009 22 Efectos termoeléctricos Los dispositivos termoeléctricos están sometidos, principalmente, a cuatro efectos físicos: El efecto Seebeck, el efecto Peltier, el efecto Thomson y el efecto Joule. •El efecto Seebeck es la f.e.m. generada cuando dos lados de un par termoeléctrico se mantienen a distinta temperatura. •El efecto Peltier consiste en el calentamiento o enfriamiento producido cuando una corriente eléctrica pasa a través de dos uniones distintas. •El efecto Thomson consiste en el calentamiento o enfriamiento producido cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor homogéneo en la dirección del gradiente de temperatura. •El efecto Joule consiste en el calentamiento producido cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor.
- 23. 7206 FIUBA 2009 23 Efectos termoeléctricos Origen: Cuando un conductor eléctrico es colocado en un campo de temperaturas no homogéneo, la dependencia de la temperatura de los potenciales electrónicos causará un desplazamiento de la carga
- 24. 7206 FIUBA 2009 24 Efectos termoeléctricos La fem generada (tensión o voltaje térmico) puede ser medido si se agrega un segundo conductor de distinto material (termocupla) Al ser distintos metales, la dependencia de la distribución electrónica respecto a la temperatura será distinta, y por lo tanto se podrá apreciar una tensión entre los extremos.
- 25. 7206 FIUBA 2009 25 Circuito térmico En un campo de temperatura homogéneo no se genera tensión térmico. En un conductor homogéneo la magnitud de la tensión térmica es solo función de la diferencia de temperaturas entre los terminales del conductor. La juntura de una termocupla no genera ninguna tensión.
- 26. 7206 FIUBA 2009 26 Termocuplas o Termopares El voltaje de salida es proporcional a la diferencia de temperaturas. Señal de salida muy baja: milivoltios. Necesita acondicionamiento de la señal. Sensibilidad baja: microvoltios por grado Admiten altas temperaturas (p. e. calderas) Bastante lineales Sensores activos.
- 29. 7206 FIUBA 2009 29 Exactitud Termopar J: Hierro y Constatan (Cu- Ni). Afectado por corrosión Rango: 0º C a +750º C Precisión: 0.5% Termopar K: Cromo y Alumel (Al- Ni). Buena resistencia a la oxidación. Rango: 0º C a +1. 300º C y 600º C a 1.000º C en atm. oxidantes Precisión: 1% Termopar R: Platino y Platino- 13% Rodio. Termopar S: Platino y Platino- 10% Rodio. Rango de medida más amplio (0º C a +1.600º C), pero más caros. Precisión: 0.5% Termopar W: Volframio- 5% Renio y Volframio- 26% Renio. Rango: 0º C a +2.800º C en atm. inertes o vacío. Precisión: 1%
- 34. 7206 FIUBA 2009 34 Juntura caliente La unión de los metales en la junta caliente se puede hacer por trenzado, fusión o soldadura. Dependiendo de su conexión eléctrica a la vaina se denomina: Puesta a tierra: La unión hace contacto con la vaina acelerando la transferencia de calor (t = 2 seg) Aislada: La unión se separa de la cápsula mediante un aislante eléctrico de alta conductividad térmica – MgO. (t = 5 seg) Desnuda: No se encuentra encapsulada, el tiempo de respuesta es muy pequeño, (t = 0.1 seg), pero el conjunto es muy frágil
- 39. 7206 FIUBA 2009 39 Tabla resumen Sensor Rango Exactitud Ventajas Desventajas TC E -100 a 1000 +/- 1.5 % 0.5 % (0 a 900°C) Buena reproducibilidad Amplio Rango Mínimo span de 40°C Algo alineal Deriva Afectada por el ruido eléctricoTC J 0 a 750 +/- 2.2 % 0.75 % TC K 0 a 1250 +/- 1 % 0.75 % TC T -160 a 400 +/- 1.0 % RTD -200 a 650 0.15 % Buena exactitud Pequeño span posible Linealidad Auto calentamiento Menos robusta Termist or -40 a 150 +/- 0.1 °C Buena exactitud Pequeña deriva Altamente no lineal Solo span pequeño Deriva Bimetáli co +/- 1 % Simple y bajo costo No apto altas temperaturas Sensible a presión