Este documento describe diferentes instrumentos para medir la temperatura, incluyendo termómetros de vidrio, bimetálicos, de bulbo y capilar, de resistencia (RTD), termistores, termopares, y pirómetros ópticos e infrarrojos. Explica que la temperatura es una propiedad relacionada con la energía promedio por partícula a nivel microscópico y con la energía interna sensible a nivel macroscópico.

1. M. en C. Teth Azrael Cortés Aguilar

2. Instrumentos de Medida de Temperatura
Fundamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cual
tiene una causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por partícula. Físicamente es una magnitud escalar
relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. Más específicamente, está relacionada
directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los
movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A
medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que esta más "caliente" es decir, que su
temperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las
partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos
traslacionales de sus partículas. Al contrario de otras cantidades termodinámicas como el calor o la entropía, cuyas
definiciones microscópicas son válidas muy lejos del equilibrio térmico, la temperatura sólo puede ser medida en el
equilibrio, precisamente porque se define como un promedio.
273.15

3. Instrumentos de
Temperatura
Vidrio Bimetálico
Bulbo y
Capilar
RTD Termistores Termopares
Pirómetros
de Radiación
Óptico
Infrarrojo
Fotoeléctrico
Radiación
total
Pirometría
láser

4. Termómetro de Vidrio. Consta de un depósito de
vidrio que contiene, por ejemplo mercurio, que al
calentarse se expande y sube en el tubo capilar.
Mercurio -35 hasta +280°C
Pentano -200 hasta + 450°C
Alcohol -110 hasta + 50°C
Tolueno -70 hasta +100°C
Termómetro Bimetálico. Se sustentan en distinto coeficiente
de dilatación de dos metales diferentes, tales como latón,
monel o acero y una aleación de ferroníquel o invar laminados
conjuntamente. Las láminas pueden ser rectas o curvas,
formado espirales o hélices. Su campo de medida es de -200
hasta +500°C
Termómetro de Bulbo y Capilar. Consisten en un tubo
conectado por un capilar a una espiral. Cuando la
temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo
se expanden y la espiral tiende a desenrrollarse moviendo la
aguja sobre la escala para indicar la elevación de
temperatura. Su campo de medida es de -200°C hasta 600°

5. Termómetro de Resistencia, RTD. Consiste usualmente en un arrollamiento
de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material
aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica. El material
que forma el conductor se caracteriza por el llamado coeficiente de
temperatura de resistencia, que expresa a una temperatura especifica, la
variación de la resistencia en ohms del conductor por cada grado que cambia
su temperatura.
Rt es la resistencia en ohms a 0°C.
R0 es la resistencia en ohms a t°C.
α es el coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor 0°C y 100°C es
de 0.003850 Ω/Ω °C.
A = 3.90802x10-3
B = -5.802x10-7
C = -4.27350x10-12
Si la relación resistencia-temperatura no es lineal la ecuación general se
expresa por la siguiente ecuación, valida de 0°C hasta 850°C .
Los materiales utilizados para la construcción de RTDs son :
Platino α =0.00385 con un rango de -200°C hasta 950°C
Níquel α =0.0063 con un rango de -150°C hasta 300°C
cobre α =0.00425 con un rango de -200°C hasta 120°C

6. Termistores. Son semiconductores electrónicos con un coeficiente de
temperatura negativo NTC o positivo PTC, de valor elevado , por lo
general presentan variaciones rápidas y extremadamente grandes para
cambios relativamente pequeños en la temperatura. Hay que señalar
que para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario
envejecerlos (porque modifiquen sus propiedades con el tiempo). La
medición se realiza a través de conectarlos en un circuito de puente de
Wheatstone. El rango de medida puede ir de -100°C hasta 400°C.
Negative Temperature Coefficient (NTC)
Positive Temperature Coefficient of Resistance (PTC) , están construidos
con compuestos cerámicos de BaTiO3
Rt es la resistencia en ohms a la temperatura absoluta Tt.
R0 es la resistencia en ohms a la temperatura absoluta de referencia T0.
β es la constante dentro de un intervalo de temperaturas.

7. Termopares. Se basa en el efecto de la circulación de
una corriente en un circuito formado por dos metales
diferentes, cuyas uniones (unión de medida o caliente y
unión de referencia o fría) se mantienen a distinta
temperatura. Está circulación de corriente obedece a
dos efectos termoeléctricos combinados, el EFECTO
PELTIER que provoca la liberación o absorción de calor en
la unión de dos metales distintos cuando una corriente
circula a través de la unión y el EFECTO THOMSON que
consiste en la liberación o absorción de calor cuando
una corriente circula a través de un metal homogéneo
en el que existe un gradiente de temperatura.

8. Pirómetro Óptico. Se basan en la desaparición del filamento
de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del
objeto enfocado. El pirómetro dirigido sobre una superficie
incandescente no nos dará su temperatura verdadera si la
superficie no absorbe todas las radiaciones y no refleje
ninguna. Se aplican típicamente para la medición de metales
incandescente en hornos de fundición y miden temperaturas
de hasta 4000°C.
Pirómetro Infrarrojo. Captan la radiación espectral del infrarrojo, invisible al ojo
humano. Una lente filtra la radiación infrarroja emitida por el área del objeto
examinado y la concentra en un sensor de temperatura (termistor o termopar).
Permite hacer mediciones a una distancia de 1.5 mts del objeto.
Filtro de radiación de 8 μm hasta 14μm para valores menores a 538°C
Filtro de radiación de 2.2 μm hasta 3.8μm para valores menores a 820°C
Los pirómetros de radiación se basan en la ley de Stefan-Boltzmann,
que dice que la intensidad de energía radiante emitida por la
superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta
potencia de la temperatura absoluta del cuerpo.

9. Evaluación
1. Realice las siguientes conversiones:
500°C = °F = Kelvin
2000°F = °C= kelvin
2. Instrumento que se fundamenta en los efectos Peltier y Thomson
a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor
3. Instrumento que usa coeficientes de dilatación distintos para hacer la indicación de temperatura
a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor
4. Instrumento que mide la intensidad de radiación electromagnética y la traduce en temperatura
a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d) Termistor
5. Elemento primario que se clasifica en NTC y PTC
a) Pirómetro b) Termopar c) Bimetálico d)Termistor
932 773.15
1093.3 1366.48
6. ¿Qué instrumento sugiere para medir el punto eutéctico de 183°C de una aleación estaño-plomo Sn-Pb?
Termopar