Sensores de Temperatura Cada proceso en la industria

6.- Sensores de Temperatura Cada proceso en la industria debe ser controlado de alguna manera, y esta necesidad muchas veces también incluye la medición de la temperatura. Se dispone de una gran variedad de sensores de temperatura para realizar las mediciones de la temperatura. El ingeniero debe decidir cual de los sensores debe seleccionar para cada situación en particular. A fin de seleccionar el mejor, para cada aplicación, se deben tener en cuenta varios factores: Temperatura Máxima Rango de Temperatura a medir Exactitud Velocidad de respuesta Costo Requerimiento de mantenimiento.

Estos factores serán analizados a continuación en relación con los sensores de uso mas frecuente, en las industrias de procesos, Termocuplas, Termo resistencias, Termistores, Sistemas de dilatación, a continuación se describen algunos sensores de temperatura con sus rangos. Estos rangos no representan los extremos alcanzables, sino los limites que pueden medirse con los dispositivos disponibles por lo general en el mercado y que son suministrados por la mayoría de los fabricantes. Se pueden medir mayores y menores temperaturas pero generalmente con una exactitud menor y un mayor costo.

Sensor de Temperatura

Temp. Mínima

Temp. Máxima

Termocuplas

- 220 º C

2800 º C

Sistemas de Dilatación

-195 º C

760 º C

Termo resistencias

-250 º C

850 º C

Termistores

-195 º C

450 º C

Pirómetros de Radiación

- 40 º C

4000 º C

6.1.- Termocuplas Una termocupla es un transductor de temperatura, constituido por dos conductores (alambres), que desarrollan una f.e.m. que es función de la diferencia de temperatura entre sus uniones, una caliente ubicada en el lugar a medir temperatura, y una fría tomada como referencia. Las termocuplas se fabrican con metales puros o sus aleaciones, y se usan para medir temperaturas que van desde los aproximadamente 80 grados hasta aproximadamente los 1800 grados centígrados, con termocuplas estándares, con aleaciones especiales pueden llegarse a temperaturas superiores a los 3000 grados centígrados. A pesar de los avances efectuados con otros sensores de temperatura, las termocuplas continúan siendo los más usados debido al intervalo de temperatura en el cual pueden utilizarse, su bajo costo y su versatilidad, la desventaja mas relevante es que las termocuplas miden diferencias de temperatura y no temperatura absoluta, por lo que debe usarse una junta de referencia. Para la medición de la temperatura, las termocuplas se basan en los siguientes efectos:

Efecto Peltier: Dos conductores de diferente composición, a la misma temperatura tienen diferentes densidades de portadores de cargas libres, por lo tanto cuando estos conductores se ponen en contacto entre si por medio de una unión rígida (soldadura), a través de esta

Elementos y Equipos Eléctricos

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unión hay una difusión de electrones desde el conductor de mayor densidad electrónica al de menor densidad. Cuando esto sucede el conductor que entrega electrones adquiere una polaridad positiva con respecto al otro, este voltaje es función de la temperatura de la unión entre los conductores que constituyen el par. Sus los coeficientes de temperatura típicos van desde 10 a 50 micro voltios por grado centígrado.

Efecto Thomson: Si en un conductor se mantienen sus extremos a diferentes temperaturas se produce un flujo de calor que tiende a establecer el equilibrio térmico, ese flujo de energía calórico es transportada por electrones, por lo tanto en los extremos del material aparece una diferencia de potencial que es proporcional a la diferencia de temperatura, Los coeficiente típicos de la f.e.m. de Thomson para cero grado centígrado varían desde 2 micro voltios por grado centígrado para el Cu. Hasta menos veintitrés para el Constantán.

La combinación de ambos efectos se resume en el llamado efecto Seebeck. Cuando los dos materiales A y B cuyos extremos se hallan a dos temperaturas diferentes T1 y T2, se sueldan en uno de los extremo, aparece una f.e.m. de Seebeck, ese flujo de energía calórica, es transportado por electrones, por lo tanto, entre los extremos de los materiales aparece una diferencia de potencial, que es proporcional a la diferencia de temperatura.

Uno de los extremos, la junta de medición se coloca en el lugar donde se ha de medir la temperatura. Los dos conductores salen del área de medición y terminan en el otro extremo, la junta de referencia, se produce entonces una fuerza electromotriz, que es función de la diferencia de temperatura entre las dos uniones.

Puesto que la f.e.m neta generada es función de la diferencia de temperatura entre las juntas de medición y la junta de referencia, se requiere el control o la compensación de la temperatura de la junta de referencia (o junta fría) lo cual se puede lograr de tres maneras: El método básico y mas exacto es el de controlar la temperatura de la junta de referencia, normalmente colocando la junta en un baño de hielo (0 ºC). Otro de los métodos consiste en medir la temperatura en la junta de referencia utilizando cualquier tipo de dispositivo de medición de temperatura y luego en base a esa temperatura, y a la salida eléctrica (f.e.m.) de la junta de medición compensar la lectura de la temperatura de la junta de medición. 6.1.2.- Sistema de Compensación Electrónico El tercer método es una compensación electrónica, que también implica utilizar un dispositivo sensor de temperatura, para medir la temperatura de la junta de referencia sin embargo en vez de calcular la compensación a ser aplicada a la salida de la junta de medición al sensor de temperatura de la junta de referencia se halla incorporado dentro del circuito electrónico de la termocupla, donde se agrega o quita los milivolts innecesarios de la junta de referencia, a fin de corregir automáticamente la salida de la termocupla.

1

2

4

1 Junta de Medición

2 Junta de Conexión

3 Cable Compensado

4 Junta de referencia

3

Elementos y Equipos Eléctricos

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Como se vera mas adelante, es de fundamental importancia la prolongación de los alambres de la termocupla, muchas veces hasta la junta de referencia, que puede estar lejos de la junta de medición y no siempre afectadas a las altas temperaturas de medición, como es el caso de las alambres de la termocupla. Es allí donde aparece el uso de cables compensados. Su misión es únicamente la de trasladar la junta de referencia hasta un lugar adecuado, de temperatura estables, y luego utilizar para compensar el error cualquiera de los dos primeros sistemas de compensación de junta fría mencionados. En el caso del tercer método, sistema

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