SENSORES DE TEMPERATURA

TABLA DE CONTENIDO.

INTRODUCCIÓN 6

1. OBJETIVOS. 7

2. GENERALIDADES 8

3. TERMOSTATOS 9

3.1. TIPOS DE TERMOSTATOS 9

3.2. APLICACIONES. 10

3.2.1. Termostatos en la industria 10

3.2.2. Termostatos en el hogar 11

4. RESISTENCIAS DETECTORAS DE TEMPERATURA (RTD) 12

4.1. CARACTERÍSTICAS QUE DEBEN POSEER LOS MATERIALES QUE FORMAN EL CONDUCTOR DE LA RESISTENCIA. 15

4.2. MATERIALES USADOS NORMALMENTE EN LAS SONDAS 15

4.2.1. Platino. 15

4.2.2. Níquel. 16

4.2.3. Cobre. 17

4.3. APLICACIONES. 17

5. TERMISTORES 19

6. TERMOCUPLAS. 20

7. PIROMETROS DE RADIACIÓN. 22

7.1. TEORÍA DE LOS PIRÓMETROS. 22

7.2. TIPOS DE PIRÓMETROS. 25

7.2.1. Pirómetros ópticos. 25

7.2.2. Pirómetros de Radiación 27

7.3. APLICACIONES. 29

8. SENSORES DE TEMPERATURA DE SILICIO. 31

9. CONCLUSIONES 33

10. BIBLIOGRAFIA 34

TABLA DE FIGURAS.

Figura N 1.Termómetro bimetálico. 8

Figura N 2. Termorresistencia. 8

Figura N 3. Termoeléctricos. 9

Figura N 4. Monolítico. 9

Figura N 5. Piroeléctrico. 9

Figura N 6. Termostatos 10

Figura N 7. Termostatos bimetálicos para altas temperaturas 11

Figura N 8. Termostato bimetálico de seguridad con reinicio manual 11

Figura N 9. Termostato bimetálico de control automático. 11

Figura N 10. Termostato de gas integrado. 12

Figura N 11. Termostato electrónico on/off 13

Figura N 12. Termostato de parafina para radiadores de carros 14

Figura N 13. Termostato de gas con ajuste de temperatura. 14

Figura N 14. Símbolo de resistencias detectoras de temperatura.. 15

Figura N 15. Elementos sensores de resistencias detectoras de temperatura (RTD). Los mostrados en la fotografía están hechos de película de platino. 16

Figura N 16. Sonda termométrica de platino. 19

Figura N 17. Termómetro de resistencia de níquel 19

Figura N 18. Termistores. 23

Figura N 19. Características normalizadas de termocuplas comunes. 24

Figura N 20. Espectro de radiación electromagnética. 26

Figura N 21. Pirómetro de Radiación en la industria 28

Figura N 22. Diagrama Esquemático de un pirómetro óptico. 29

Figura N 23. Apariencia del filamento. 30

Figura N 24. Esquema simplificado de un pirómetro de radiación. 31

Figura N 25. Pirómetros digitales de fibra óptica. 33

Figura N 26. Transductor de temperatura de silicio representativo. El dispositivo mostrado (LM56), detecta temperaturas entre -55°C y +150°C y ofrece una salida On-Off. 34

Figura N 27. Circuito de control de temperatura con sensor de salida por comparador LM56. 35

INTRODUCCIÓN.

Conocer la temperatura de un cuerpo o un sistema ha sido importante en muchos ámbitos de la sociedad a través del tiempo, desde aplicaciones industriales hasta el cuidado de la salud humana, además es un factor muy importante a la hora de tomar decisiones de riesgo o de estabilidad en un proceso o incluso una vida humana.

A medida de que la temperatura de un cuerpo aumenta se vuelve más difícil medirla, ya sea por medios convencionales como los termómetros de mercurio o con sistemas eléctricos como las resistencias detectores de temperatura (RTD's) termistores o termopares. Los problemas asociados con la medición de temperatura elevada por métodos convencionales, motivó los primeros descubrimientos sobre pirómetros. Los pirómetros son dispositivos que miden la temperatura a través de la energía irradiada por el cuerpo.

1. OBJETIVOS.

• Conocer el uso de los sensores de temperatura para la calidad de productos en procesos industriales.

• Identificar los tipos de sensores electrónicos de temperatura que se utilizan en los diferentes procesos industriales.

2. GENERALIDADES.

En muchos procesos industriales es necesario manejar el control de la temperatura para poder producir resultados de calidad. Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura, en cambios de señales eléctricas que son procesados por un equipo eléctrico o electrónico. Existen instrumentos para la medición precisa de la temperatura, los cuales reflejan una indicación visual o una señal mecánica o eléctrica. Los principales tipos de sensores electrónicos de temperatura son los bimetálicos, termorresistivos, termoeléctricos, monolíticos o de silicio y piroeléctricos.

• BIMETALICOS: Conocidos como termostatos, son interruptores que producen una salida del tipo ¨todo o nada¨ que cambian de un estado a otro cuando se alcanza un determinado valor de temperatura.

Figura N 1.Termómetro bimetálico.

• TERMORRESISTIVOS: También denominados termorresistencias, son dispositivos cuya resistencia cambia a medida que lo hace la temperatura. Los más conocidos son los RTD, basados en materiales metálicos como el platino y el níquel, y los termistores, basados en óxidos metálicos semiconductores.

Figura N 2. Termorresistencia.

• TERMOELÉCTRICOS: conocidos como termocuplas o termopares, son dispositivos que producen un voltaje proporcional a la diferencia de temperatura entre el punto de unión de dos alambres metálicos disímiles (unión caliente) y cualquiera de los extremos libres (unión fría). Este fenómeno se denomina efecto Seebeck.

Figura N 3. Termoeléctricos.

• MONOLÍTICOS O DE SILICIO: basados en las propiedades térmicas de las uniones semiconductoras (PN), particularmente la dependencia de la tensión base emisor (VBE) de los transistores bipolares con la temperatura cuando la corriente de colector es constante.

Figura N 4. Monolítico.

• PIROELÉCTRICOS: También denominados termómetros de radiación, son dispositivos que miden indirectamente la temperatura a partir de la medición de la radiación térmica infrarroja que emiten los cuerpos calientes.

Figura N 5. Piroeléctrico.

3. TERMOSTATOS.

El termostato es un dispositivo que cuenta con un sistema simple para medir la temperatura mediante un control que se encarga de abrir o cerrar un circuito eléctrico. Dicho sistema eléctrico se abre o cierra dependiendo de las variaciones de la temperatura. Cada termostato es construido con determinados márgenes de temperatura, estos márgenes dependerán de las exigencias y el tipo de uso que se le den. Todos los termostatos tienen una estructura básica en su fabricación, tienen un sensor capaz de detectar las variaciones de la temperatura y cambiar en función de éstas, el cambio de dicho sensor es, por lo general, un cambio de magnitudes, este cambio actúa sobre un interruptor eléctrico para registrar la variación de temperatura.

Figura N 6. Termostatos

3.1. TIPOS DE TERMOSTATOS

Los principales tipos de termostatos son:

- Bimetálicos: Funciona por medio de un par de láminas de metal que están unidas. Cada una de estas láminas está hecha de material con diferente coeficiente de dilatación térmica, por lo que se dilatarán de manera diferente y cerrarán el circuito eléctrico que se encuentra dentro del termostato.

Figura N 7. Termostatos bimetálicos para altas temperaturas

- Manuales: Como su nombre lo indica, requieren intervención manual para regresar a su estado original.

Figura N 8. Termostato bimetálico de seguridad con reinicio manual

- Automáticos: No requieren de la intervención humana y suelen ser utilizados en los hogares.

Figura N 9. Termostato bimetálico de control automático.

- De gas: Contienen un tubo de cobre dentro del cual hay gas. Cuando la temperatura aumenta, el gas se expande empujando una válvula que va a realizar una acción específica. Este mismo principio lo utilizan los termostatos de parafina.

Figura N 10. Termostato de gas integrado.

- Electrónicos: Los termostatos electrónicos cada vez son más habituales debido a sus ventajas.

 Pueden estar libres de partes móviles y contactos que sufren deterioro.

 Se puede configurar tanto una temperatura como un umbral o un tiempo mínimo entre activaciones.

 Se pueden integrar fácilmente en un sistema con más funciones como programador horario con otros sucesos.

Un termostato electrónico puede mejorar las aplicaciones en que se usan los termostatos mecánicos.

 En un frigorífico puede evitar que se encienda si hay una subida breve de temperatura, por ejemplo, al abrir la nevera y ventilarse el aire interior.

 En el sistema de refrigeración de un vehículo se puede utilizar una bomba eléctrica comandada electrónicamente de modo que no encienda en el periodo de calentamiento (evitando gastar energía inútilmente) y variando su velocidad según la demanda de potencia.

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