UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA
FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA
: T. S. DE PETROLEO Y GAS GAS NATURAL
DOCENTE
: Ing. RENATO ENRIQUEZ CORONADO
MATERIA
: PERFORACION I
PRACTICO
: n°4
UNIVERSITARIO
: CRUZ LOPEZ RONALD
SUCRE – BOLIVIA 2013
MEDIDORES DE TEMPERATURA 1. FUNDAMENTO TEÓRICO
Termistor El termistor es un tipo de transductor pasivo, sensible a la temperatura y que experimenta un gran cambio en la resistencia eléctrica cuando está sujeto a pequeños cambios de temperatura. El término termistor procede del inglés THERMallysensitiveresISTOR, es decir, resistencia sensible térmicamente.
Se trata de un dispositivo semiconductor de dos terminales, relativamente sencillo, compuesto de óxidos metálicos como manganeso, níquel, cobalto, cobre, hierro o titanio.
Figura 1. Termistores. Los termistores se presentan en diversas configuraciones.
La temperatura de un termistor puede variar bien por cambios en la temperatura del ambiente en el que se encuentra el dispositivo, o bien por el autocalentamiento que se produce cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de él. El autocalentamiento puede ser indeseable en algunas aplicaciones, otras en cambio, basan su funcionamiento en dicho efecto.
Aunque el termistor no sea tan conocido como otros dispositivos semiconductores, como pudieran ser los diodos o los transistores, tiene múltiples aplicaciones en campos tan diversos como instrumentación, astronáutica, comunicaciones, automóviles, medicina, aeronáutica.
El termistor ofrece alta sensibilidad a los cambios de temperatura, rapidez, estabilidad, precisión y flexibilidad a un precio relativamente reducido, siendo uno de los elementos más competitivos dentro del campo de los sensores de temperatura.
Tipos de termistores En el termistor, la resistencia varía en un valor conocido, ya que el coeficiente de temperatura es cuidadosamente controlado durante el proceso de fabricación. Podemos clasificar los termistores en dos grandes grupos según el signo de su coeficiente de temperatura: PTC ( positivetemperaturecoefficient ) : Termistores con coeficiente de • temperatura positivo. Son resistencias constituidas por elementos semiconductores de titanato de bario, se caracterizan por modificar su estructura cristalina a una cierta temperatura (en torno a los 100 ºC), correspondiéndole un cambio brusco en su resistencia, pasando de valores de centenares de ohmios a decenas de megaohmios ). •
NTC ( negativetemperaturecoefficient ) : Termistores con coeficiente de temperatura negativo altamente sensibles a cambios de temperatura (con valores entre –2%/K y –6%/K). Dentro de este grupo se encuentra la
mayoría de termistores. Están fabricados con mezclas policristalinas de óxido de manganeso y níquel. Los cambios en la resistencia de los NTC, pueden ser debidos bien externamente a cambios en la temperatura ambiente o bien internamente como consecuencia de un autocalentamiento producido por el flujo de corriente en el dispositivo
Símbolos de termistores. Según el signo del coeficiente de temperatura, podemos clasificar a los termistores en dos categoría. Con coeficiente positivo (PTC) y con coeficiente negativo (NTC). Estos últimos son los más utilizados.
En la siguiente gráfica, se muestra el comportamiento de ambos tipos de termistores ante un cambio de temperatura comparándolos con un termómetro de resistencia de platino, uno de los sensores de temperatura más lineal.
Gráfica de resistencia en función de la temperatura. Los termistores PTC , sufren un brusco aumento de resistencia con la temperatura a partir de un punto cercano a los 100ºC, los NTC en cambio experimentan una caída de resistencia a medida que aumenta la temperatura, abarcando un rango mucho más amplio. En cualquier caso el comportamiento no es lineal.
Medición de temperatura
Los termistores ofrecen muchas ventajas en la medición de temperaturas. Su alta sensibilidad, rapidez, pequeño tamaño y robustez hacen del termistor un candidato ideal para este tipo de aplicaciones. El termistor no es costoso, puede situarse distante del equipo de prueba y dado que existe en dimensiones lo suficientemente reducidas, puede ser introducido en puntos de prueba inaccesibles para la mayoría de detectores. Además es resistente a la radiación y su salida de potencia eléctrica es suficientemente alta en la mayoría de los casos para no requerir amplificación. Hay que tener en cuenta, no obstante, que el rango de temperaturas en el que suelen trabajan los termistores es limitado ( de –40ºC a 300ºC ) y que hay que controlar que la corriente que circula por el termistor no sea suficiente para producir un excesivo autocalentamiento, que en estas aplicaciones resulta indeseable. El campo de especialidades en los que se utilizan los termistores para la medición de temperatura es muy extenso, estando presentes en áreas tan diversas como la aeronáutica, la biología, la fotografía, la medicina o la química
2. OBJETIVO GENERAL
•
Medir la temperatura a partir de un termistor
.
3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Determinar el coeficiente de temperatura
•
Determinar la variación de temperatura en función de la resistencia de un termistor y la ecuación que obedece a esta última.
•
Determinación de la incertidumbre de una termocupla.
•
Determinación de la exactitud.
4. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y MATERIAL •
1Multimetro
•
1 Termistor
•
1 vaso de precipitado
•
1 soporte universal
•
1 termómetro
•
1 estufa
•
Agua
5. ESQUEMA DE LA PRÁCTICA
6. DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA
6.1 Determinación del coeficiente de temperatura El extremo del termistor y el extremo del termómetro de referencia seintroducen muy próximos en un vaso de precipitado que contiene agua. Posteriormente el agua se calienta con la ayuda de una estufa hasta ebullición del agua se mide la resistencia eléctrica del termistor con un multímetro utilizado como óhmetro.
6.2 Determinación de la precisión del termistor Con la misma disposición del termómetro y del termistor del anterior apartado, medir 8 veces la resistencia eléctrica del termistor cuando el agua este hirviendo.
7. TABULACIÓN DE DATOS
7.1 Determinación del coeficiente de temperatura Tabla Nº1 datos de la resistencia del termistor a diferentes temperaturas
Resistencia (Ω)
Temperatura (K)
14,2 12,1 8,9 7,3 5,9 5,1 4,5 4,4 3,5
292,15 296,15 308,15 320,15 333,15 343,15 353,15 361,15 366,15
7.2 Determinación de la incertidumbre de una termocupla Tabla Nº2 datos de la temperatura.
Corrida T (ºK)
1 2 3 4 364, 363, 363,6 363,6 7 2 5 5
5 6 7 364, 364,6 364, 65 5 65
8 364,6 5
7.3 Determinacion de la exactitud Tabla Nº3
Corrida 1 2 T (termocupl a 91,5 91,5 T (trp) 91,5 90
3
4
5
6
7
8
91,5 90,5
91,5 90,5
91,5 91,5
91,5 91,5
91,5 91,5
91,5 91,5
1. TABULACIÓN DE RESULTADOS
8.1 Cálculo del coeficiente de temperatura La variación de la resistencia en función a la temperatura viene dada por la siguiente ecuación:
(1)
Dónde: R: resistencia eléctrica del termistor (=)Ω A: constante característica del termistor B: coeficiente de temperatura (=) K -1 T: temperatura absoluta (=) K
Para simplificar el cálculo de A y B es conveniente expresar la ecuación (1) de la siguiente forma:
Donde la variación de (lnR) en función de
es lineal, y la pendiente de la
misma seria la constante B.
Tabla Nº4, construida a partir de la tabla 1. LnR
T-1
2,6532 0,003423 2,4932 0,003377 2,186 0,003245 1,9878 0,003124 1,7834 0,003002 1,6292 0,002914 1,5041 0,002832 1,4816 0,002769 Gráfica 1, variación de (lnR) en función de (1/T)
La ecuación de la línea recta ajustada permite obtener:
B= 1837.6 (coeficiente de temperatura del termistor)
lnA=3.7122 A=40.9437
Gráfica 2, Variación de la resistencia en función de la temperatura.
8.2 Determinación de la precisión del termistor
Despejando de la ecuación (1) la Temperatura se tiene:
(3)
Tabla 5, cálculo de la temperatura correspondiente a la resistencia
Nº
R (Ω)
T (K)
1
1420 0
314.18
2
1210
323.02
0 3
8900
341.45
4
7300
354.51
5
5900
369.70
6
5100
380.86
7
4500
391.01
8
4400
392.88
9
3500
413.09
Tabla 6, Calculo de la media y la varianza N-1
T (K) Tmedia
364,65 363,15 363,65 363,65 364,65 364,65 364,65 364,65
364,213 364,213 364,213 364,213 364,213 364,213 364,213 364,213
0,437 -1,063 -0,563 -0,563 0,437 0,437 0,437 0,437
0,190969 1,129969 0,316969 0,316969 0,190969 0,190969 0,190969 0,190969 Σ=2,718752
S² = 0,3883
T = 364.213 ± 0.623
7 7 7 7 7 7 7 7
TABLA Nº7 Determinacion de la exactitud Corrida 1 2 T (termocupl a 91,5 91,5 T (trp) 91,5 90 %e=
% % % % % % % %
e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8
= = = = = = = =
3
4
5
6
7
8
91,5 90,5
91,5 90,5
91,5 91,5
91,5 91,5
91,5 91,5
91,5 91,5
T(termocupla) – T(trp) T(trp)
X 100
0 1.66 1.10 1.10 0 0 0 0
9 CONCLUSIONES 9.1 Jhonny Zelaya Rios Ing. Química Al realizar se tuvieron varias dificultades ya que los cables de conexión no tenían un buen contacto y eso hacia variar la lectura de datos, la practico consistió en saber cual tenia menor incertidumbre lo cual nos indica la exactitud del instrumento en base a un patrón en nuestra practica hicimos una comparación entre ambos al realizar los cálculos estadísticos como el promedio, varianza, desviación, nos mostró que la termocupla tiene una incertidumbre menor en comparación con el termistor lo cual muestra que existe una pequeña variación en la lectura de datos repetidos. Pero al revisar los datos y hacer una comparación general las termocuplas que se usaron muestran ser instrumentos no muy exactos ya que tienen una incertidumbre alta al comparar con otros instrumentos lo cual hace la diferencia al realizar un trabajo este error se puede deber aun error de maquina por el tiempo de uso que estas tiene o a un error humano ya que no se midieron en una misma zona lo cual por la divisibilidad térmica que tiene el material puede variar la lectura de las temperaturas lo cual muestre un error que este caso podría decirse aceptable. 9.2