- Termometro de mercurio
- Termocuplas y termopares.
- Termistores: NTC, PTC, RTD.
- Integrado lineal
- Termometro de gas
- Termometro de diodo
- Pirómetros de radiación.
TERMOPARES.
Un Termopar es un dispositivo formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck),que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia. En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado centígrado son difíciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usadas en aplicaciones de calefacción a gas.
Modalidades de termopares. Los termopares están disponibles en diferentes modalidades, en forma de sondas. A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideración el tipo de conector. Los dos tipos son el modelo estándar, con pines redondos y el modelo miniatura, con pines chatos, siendo estos últimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los más populares. Otro punto importante en la selección es el tipo de termopar, el aislamiento y la construcción de la sonda. Todos estos factores tienen un efecto en el rango de temperatura a medir, precisión y fiabilidad en las lecturas.
Tipos de termopares
Tipo K (
Cromo (
Ni-
Cr) Chromel /
Aluminio (aleación de
Ni -
Al) Alumel): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 ºC a +1.372 ºC y una sensibilidad 41µV/°C aprox. Posee buena resistencia a la oxidación.
Tipo E (Cromo /
Constantán (aleación de
Cu-
Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/°C.
Tipo J (
Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 ºC ya que una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un rango de -40ºC a +750ºC y una sensibilidad de ~52 µV/°C. Es afectado por la
corrosión.
Tipo N (
Nicrosil (
Ni-
Cr-
Si /
Nisil (
Ni-
Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del
platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 ºC).
Tipo B (
Platino (Pt)-
Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800 ºC. El tipo B por lo general presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC debido a su curva de temperatura/voltaje.
Tipo R (
Platino (Pt)-
Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300 ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo.
Tipo S (
Platino /
Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 ºC, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del
punto de fusión del
oro (1064,43 °C).
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar. En la tabla siguiente se muestra los distintos tipos de termopares con su rango típico, su sensibilidad y la designación estándar.
TERMISTORES.
Un termistor es un semiconductor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la temperatura, su nombre proviene de Thermally sensitive resistor (Resistor sensible a la temperatura en inglés). Existen dos clases de termistores: NTC y PTC.
Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura.
Un termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor se va aumentado a medida que aumenta la temperatura. Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: limitación de corriente, sensor de temperatura, desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de compensación. El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la temperatura llega a ser demasiado alta. Las aplicaciones de un termistor PTC están, por lo tanto, restringidas a un determinado margen de temperaturas
RTD. (Resistance Temperature Detector).
Los RTD son sensores de
temperatura resistivos. En ellos se aprovecha el efecto que tiene la temperatura en la conducción de los
electrones para que, ante un aumento de temperatura, haya un aumento de la
resistencia eléctrica que presentan. Este aumento viene expresado como:
donde:
R es la resistencia a una temperatura de TºC
R0 es la resistencia a 0ºC
T es la temperatura
Este efecto suele aproximarse a un sistema de primer o segundo orden para facilitar los cálculos. Los sensores RTD suelen ir asociados a montajes eléctricos tipo
Puente de Wheatstone, que responden a la variación de la resistencia eléctrica por efecto de la temperatura para originar una señal analógica de 4-20 mA que es la que se utiliza en el sistema de control correspondiente como señal de medida.
Un tipo de RTD son las Pt100 o Pt1000. Estos sensores deben su nombre al hecho de estar fabricados de
platino (Pt) y presentar una resistencia de 100ohms o 1000ohms respectivamente a 0ºC. Son dispositivos muy lineales en un gran rango de temperaturas, por lo que suele expresarse su variación como:
Donde Tª0 es una temperatura de referencia y R0 es la resistencia a esa temperatura.
Tolerancias comerciales según norma IEC 751:1995 :
Pt100 Clase A ±0,15 ºC [ 0 ºC] ±0,06 Ω [ 0 ºC]
Pt100 Clase B ±0,30 ºC [ 0 ºC] ±0,12 Ω [ 0 ºC]
Los dispositivos RTD más comunes están construidos con una resistencia de platino (Pt), llamadas también PRTD, aunque también se utilizan otros materiales cuyas características se recogen en la tabla siguiente.
Normalmente nos preguntamos ¿si requiero usar un sensor de temperatura para introducirlo en agua, cual es el sensor que puedo usar?
Las respuestas son variadas y estas son las soluciones que se pueden implementar. Eso si en algunos casos hay que colocarlos dentro de una cámara de protección para evitar el daño con el tiempo. Además, cada solución da una resolución diferente. Se puede entonces usar:
· Un diodo; (1N4148)puede dar muy buena presicion en un rango -50 +150º
· Un transistor
· Una resistencia PTC
· Una resistencia NTC
· Una termocupla
· Un sensor aplicado LM35
Dispositivos comerciales para circuitos de sensado de temperatura- Datasheet
- Sensor LM35
- Sensor AD590
- AD594 amplificador para termocupla tipo J
- AD595 Amplificador para termocupla tipo K
- LM124, LM124A, LM224, LM224A, LM324, LM324A, LM2902 Amplificadores de uso general (Aquí)
- ADC0803/ADC0804 Conversor A/D tipo CMOS 8-bit
- INA101 INSTRUMENTATION AMPLIFIER
Acondicionadores de señal para Termopares. AD594 . Analog Devices dispone de unos circuitos integrados acondicionadores de señal para termopares, como el AD594, mostrado en la figura, para termopares tipo J que tienen un amplificador de instrumentación y un compensador lineal, una salida de alarma de rotura o desconexión del termopar. Se alimenta a +5V y suministra una salida de 10mV/ºC.
Analog Devices con la división denominada Iomation tiene una serie de acondicionadores de señal en forma de módulos híbridos y en concreto para termopares tiene el módulo 1B51 aislado para aplicaciones industriales, donde dan una solución completa.
Acondicionadores de señal para las RTD. Hay muchas maneras de acondicionar la señal que se recibe de una RTD. La primera propuesta de Analog Devices es con un amplificador de instrumentación y su circuitería adicional, ver figura.
La segunda propuesta algo similar con el circuito ADT70 perfectamente adecuado para acondicionar las PRTD de Pt, que entrega una salida de 5mV/ºC cuando se utiliza una RTD de 1kΩ.
La tercera propuesta es por medio de una familia de convertidores sigma-delta que incluyen acondicionan la señal de una RTD, con una fuente de corriente de 400µA, un amplificador de ganancia programable y un filtro digital, disponen de una salida serie hacia un microcontrolador o DSP.
Texas Instruments dispone de un completo acondicionador de RTD con un transmisor 4-20 mA.
INFORMACIÓN TÉCNICA
- Proyecto: Sensado de temperatura en incubadora neonatal (Aquí)
- Libro: Termocuplas y termistores (Aqui)
- Catalogo: Sensores de temperatura ABB (Aqui)
DOCUMENTOS
1. Que son y como funcionan las termocuplas. pdf
(Aqui)
Una galga extensiométrica consiste de un alambre muy fino, o más comúnmente un papel metálico arreglado en forma de rejilla como se muestra en la figura. Esta forma de rejilla permite aprovechar la máxima cantidad de material de la galga sujeto a la tensión a lo largo de su eje principal.
