Sensor De Temperatura

La medida de la temperatura es una de las más comunes y de las más importantes que se efectúan en los procesos industriales. Casi todos los fenómenos físicos están afectados por ella. La temperatura se utiliza, frecuentemente, para inferir el valor de otras variables del proceso.

Existen diversos fenómenos que son incluidos por la temperatura y que son utilizados para medirla:

a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases).

b) Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia).

c) Variación de resistencia de un semiconductor (termistores).

d) La f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).

e) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación).

f) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.).

De este modo, se emplean los siguientes instrumentos: termómetros de vidrio, termómetros bimetálicos, elementos primarios de bulbo y capilar rellenos de líquido, gas o vapor, termómetros de resistencia, termopares, pirómetros de radiación, termómetros ultrasónicos y termómetros de cristal de cuarzo.

Termómetro de Vidrio

El termómetro de vidrio consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar.

Su bulbo, relativamente grande en la parte más baja del termómetro, contiene la mayor cantidad del líquido, el cual se expande cuando se caliente y sube por el tubo capilar en el cual está grabada una escala apropiada con marcas.

Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:

Mercurio............................................................. -35 hasta +280 ºC

Mercurio (tubo capilar lleno de gas).................. -35 hasta +450 ºC

Pentano............................................................. -200 hasta +20 ºC

Alcohol............................................................... -110 hasta +50 ºC

Tolueno............................................................. -70 hasta +100 ºC

Los líquidos más usados son el alcohol y el mercurio. El alcohol tiene la ventaja de poseer un coeficiente de expansión más alto que el del mercurio pero está limitado a mediciones de baja temperatura debido a que tiende a hervir a temperaturas altas. El mercurio no puede usarse debajo de su punto de congelación de -38.78°F (-37.8°C).

Termómetro Bimetálico

Los termómetros bimetálicos se fundan en el 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 bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices.

Un termómetro bimetálico típico contiene pocas partes móviles, sólo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y el propio elemento bimetálico.

El eje y el elemento están sostenidos con cojinetes y el conjunto está construido con precisión para evitar rozamientos. No hay engranajes que exijan un mantenimiento. La presión del instrumento es de 1% y su campo de medida (rango) es de –200 a +500 ºC.

Dentro de sus aplicaciones más comunes es la de utilizarlo como termostato.

Termómetros de bulbo y capilar

Los termómetros tipo bulbo y capilar consisten, esencialmente, en un bulbo 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 _ ende a desenrollarse, moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevación de la temperatura en el bulbo.

Hay cuatro clases de este tipo de termómetros:

• Clase I. Termómetros actuados por líquido

• Clase II. Termómetros actuados por vapor

• Clase III. Termómetros actuados por gas

• Clase IV. Termómetros actuados por mercurio

Los termómetros actuados por líquido (clase I) tienen el sistema de medición lleno de líquido y, como su dilatación es proporcional a la temperatura, la escala de medición resulta uniforme. Con capilares cortos de hasta 5 m, y para evitar errores debidos a variaciones de la temperatura ambiente, sólo hay que compensar el elemento de medición (figura 6.4a). En capilares más largos, hay que compensar también el volumen del tubo capilar (figura 6.4b). La presión dentro del bulbo y el tubo capilar debe ser mayor que la presión de vapor del líquido para evitar la formación de burbujas de vapor. Se u_ liza como liquido un hidrocarburo inerte, el xileno (C8H10) y otros líquidos. El campo de medición de temperaturas varía entre -75 °C y 300 °C, dependiendo del tipo de líquido que se emplee.

Los termómetros actuados por vapor (clase II) (figura 6.5) se basan en el principio de presión de vapor. Contienen un líquido volátil cuya interfase se encuentra en el bulbo. Al subir la temperatura aumenta la presión de vapor del líquido. La escala de medición no es uniforme, sino que las distancias entre divisiones van aumentando hacia la parte más alta de la escala, donde hay mayor sensibilidad. La presión en el sistema solamente depende de la temperatura en el bulbo, por lo que no hay necesidad de compensar la temperatura ambiente.

Dependiendo de la temperatura, los líquidos que se utilizan son cloruro de me_ lo, anhídrido sulfuroso, butano, propano, hexano, éter metílico, cloruro de etilo, éter etílico, alcohol etílico y clorobenceno.

La velocidad de respuesta es de 1 a 10 segundos. El campo de medición de temperaturas varía entre -40 °C y 300 °C, dependiendo del tipo de líquido que se emplee.

Si la temperatura del bulbo es mayor que la temperatura ambiente, el bulbo está lleno de vapor, mientras que el capilar y el elemento de medición están llenos de líquido (clase IIA). Los cambios en la temperatura ambiente afectan a la presión de vapor del líquido, siendo necesario corregir la indicación en la diferencia de alturas entre el bulbo y el elemento de medición. Si la

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