Lab - 1 - Calibración de Sensores de Temperatura - Presión

TECSUP CONTROL INDUSTRIAL

CONTROL INDUSTRIAL Laboratorio 1

CALIBRACIÓN DE SENSORES DE TEMPERATURA TEMPERATURA Y PRESIÓN

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PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR


“CALIBRACIÓN DE SENSORES DE TEMPERATURA Y PRESIÓN” OBJETIVOS: 1. Conocer diferentes tipos de sensores de Temperatura y Presión. 2. Calibrar sensores de Temperatura y Presión. 3. Diferenciar los diferentes tipos de sensores y sus aplicaciones.

1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: 1.1. SENSORES DE TEMPARATURA Sobre un periodo de años por lo menos cinco escalas de temperatura diferentes se han usado en la medición de esta ariable. Las dos m!s com"nmente usadas #ahrenheit y cent$%rada& usan alcances 'span( arbitrarios de 1)*+# y 1**+C respectiamente para la ebullición y con%elación del a%ua. ,tras dos escalas '-anine y /elin( 0ue tienen como referencia al cero absoluto.

TERMOCUPLA La termocupla tambin llamada termopar& es uno de los m!s simples y comunes mtodos para determinar la temperatura de procesos& especialmente en la industria. n 1)21& un f$sico estonio llamado Thomas . Seebec& descubrió accidentalmente 0ue cuando se aplicaba calor a la unión de dos metales distintos se %eneraba una fuer4a electromotri4& la cual puede ser medida en otra 5untura de estos dos metales& estos conductores forman un circuito elctrico y la corriente circula como consecuencia de la #..6. %enerada. sto es !lido siempre y cuando las Temperaturas en las dos uniones sean distintas. Las tablas est!ndares muestran el olta5e producido por termocuplas para un determinado termocupla& as$ por e5emplo& en la 7%ura se muestra 0ue la respuesta de una termocupla tipo / es de 12.2m para una temperatura de 3**8C aplicada a la unión caliente o de medición. Desafortunadamente no es posible simplemente conectar un mult$metro a la termocupla y medir su olta5e pues la cone9ión de las puntas del instrumento crea una se%unda e indeseable unión o 5untura. Para reali4ar medidas 2



e9actas& se debe compensar esto utili4ando una tcnica conocida como compensación de la unión fr$a o de referencia 'CC por sus si%las en in%les(.

CODIGO DE COLORES DE TERMOCUPLAS

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RDT l mismo año en 0ue Seebec hi4o su descubrimiento sobre la termoelectricidad& :umphrey Day anunciaba 0ue la resistiidad de los metales mostraba una clara dependencia de la temperatura& cinco años despus& ;illiam Siemens utili4o el platino como elemento sensor de un termómetro de resistencia& uso 0ue se mantiene en la actualidad. stos dispositios cuyas si%las en in%les si%ni7can detectores resistios de temperatura. Se basan en el aumento de la resistencia de un hilo conductor en el incremento de la temperatura. La ma%nitud de este cambio con respecto a la cambio de temperatura en el& se llama 2 ohm? 'ohm('8C( sobre un ran%o de temperatura de *8C a 1**8C& teniendo su resistencia de 1** ohms para una temperatura de *8C& por lo 0ue recibe el nombre de PT @ 1**. Para la mayor$a de conductores& el coe7ciente mencionado 'a( es positio. n el caso de un -TD de platino su resistencia a una determinada temperatura es el resultado de aplicar la si%uiente ecuación apro9imadaA - B1** '1  a T( n donde a tiene dos posibles aloresA *.**3) 'cura europea( o *.**3>2 'cura americana( y la temperatura T puede ariar entre E2**+C y )*+C. Si comparamos un -TD con una termocupla& eremos 0ue en al%unos aspectos tienen enta5a& pudiendo concluir 0ue para ran%os menores a F**+C& un Pt 1** es la me5or opción.

PT 100 – CODIGO DE COLORES

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TERMISTORES Son semiconductores hechos de carbón& %ermanio& silicio y me4clas de ciertos ó9idos met!licos& 0ue e9hiben coe7cientes de temperaturas eleadas& usualmente ne%atios 'HTC(. Su caracter$stica es no lineal y e9hiben los cambios m!s %randes en ran%os de temperatura crio%nicos por deba5o de 1**8/. Su resistencia es una función de temperatura absoluta. Las precisiones de estos dispositios ar$an con el ran%o de temperatura. Por e5emplo un sensor de %ermanio puede tener una ariación de ?E *.**8/ sobre un ran%o crio%nico de 1.8 a 8/ y de ?E *.18/ sobre un ran%o de G*8 a 1**8/. sto incluso puede ariar con el tiempo de uso del sensor. Idicionalmente el uso de los termistores como dispositios de temperatura& se usan en re%ulación deG olta5e& control de niel de

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TECSUP CONTROL INDUSTRIAL potencia& compensación de otros sensores de temperatura& control de temperatura y como detectores de anali4adores.

TABLA DE VALORES DE RESISTENCIA DE TERMISTOR 10K – 25!

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"ORNOS DE CALIBRACION DE “RTD” n ambientes de control de procesos& la temperatura desempeña una función importante. La mayor$a de los procesos industriales depende del comportamiento de sus -TDs& Pt1**(& termocuplas y otros dispositios de temperatura. I medida 0ue aumenta la necesidad de mediciones de e9actitud& tambin crece la necesidad de estar absolutamente se%uros de 0ue las lecturas sean correctas.

Debido a las tensiones f$sicas y trmicas& los dispositios de temperatura sufren ariaciones de su estado ori%inal Jdentro de toleranciaJ. Kna eri7cación re%ular de los sistemas de medición de temperatura es necesaria para mantener un alto niel de con7an4a en las mediciones. Se puede reali4ar calibraciones usando una ariedad de mtodos& tomando en cuenta 0ue cual0uier operación de este tipo re0uiere fuentes de calor y patrones de referencia.

Si se utili4an sensores industriales de temperatura& tales como -TDs& termocuplas o termistores& se necesita un !#$%&'#()' (* +),) -*!) 0ue sea capa4 de brindar una calibración de temperatura de e9actitud. Il seleccionar la fuente de calor apropiada para sus necesidades de calibración de procesos& se debe considerar -an%o de Temperatura& 9actitud& stabilidad y Kniformidad.

CALIBRACIÓN DE UNA “RTD” Los termómetros P-T tienen dos tipos de calibracionesA 


TECSUP CONTROL INDUSTRIAL Caracteri4ación Pruebas de tolerancia. l tipo de calibración 0ue se debe reali4ar iene determinado por el uso 0ue recibir! la unidad ba5o prueba 'KKT( y por la e9actitud 0ue re0uiera el usuario. La !#'#!*'%,#!%/ es el tipo de calibración en la 0ue se determina la resistencia de la unidad ba5o prueba 'KKT( a arios puntos de temperatura y los datos se a5ustan a una e9presión matem!tica. Por su parte& las +'*&#- (* )$*'#!%# son una calibración en la 0ue se compara la resistencia de la KKT respecto a alores de7nidos a temperaturas espec$7cas. Ho se reali4a nin%"n tipo de a5uste de los datos. • •

1.2. SENSOR DE PRESIÓN l trmino presión puede ser de7nido como la acción de una fuer4a contra la otra en sentido opuesto. Ksualmente es medida como fuer4a por unidad de !rea. Las unidades m!s usadas industrialmente incluyen el bar& libra por pul%ada cuadrada 'psi(& atmosfera& pul%adas de a%ua y mercurio& etc. l tipo de presión 0ue mayormente se mide en los procesos industriales es la denominada presión manomtrica 0ue es la 0ue tiene como referencia o punto de partida a la presión atmosfrica. Para tal 7n se emplean medidores llamados manómetros cuyas escalas est!n %raduadas en diersas unidades.

TRANSDUCTORES DE PRESIÓN Dentro de los sensores primarios 0ue se utili4an en la fabricación de medidores elctricos de presión se deben mencionar en primer trmino a las %al%as e9tensiomtricas 'strain %a%es(. Kna %al%a e9tensiomtrica es simplemente un alambre muy 7no formado por una %rilla la cual est! pe%ada a un papel especial. Cuando la %rilla es afectada por la presión& ocurre un cambio de resistencia de acuerdo a la si%uiente fórmulaA

)


TECSUP CONTROL INDUSTRIAL Donde M es la resistiidad del alambre& L la lon%itud del mismo y I el !rea de la sección recta. ste tipo de transductor puede ser usado para detectar pe0ueños moimientos y por lo tanto cambios de presión. Las %al%as e9tensiomtricas utili4an circuitos con puente Nheatstone para obtener una salida elctrica. ,tro tipo de transductor similar emplea un disco el!stico en el cu al& el elemento de deformación es de silicio y esta sellado en un Ouido con silicona y prote%ido por un diafra%ma.

PROCESO DE CALIBRACIÓN

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MATERIALES Termistor Pt 1** Transmisor de presión. 6anómetro 6ultitester. Calibrador de :orno Seco. Calibrador de manómetros de ba5a presión. #uente 2G dc

PROCEDIMIENTO PARA CALIBRAR SENSORES DE TEMPERATURA 1. Conectar elctricamente el horno de po4o seco. 2. Pro%ramar la temperatura G* +C. 3. sperar 0ue lle%ue a la temperatura colocada y esperar 1 minuto hasta 0ue se estabilice la temperatura. G. Qntroducir el sensor en el :orno y esperar  minutos hasta 0ue el sensor e0uilibre la temperatura a medir. . 6edir la resistencia del sensor. F. Compara con el alor teórico y encontrar el error absoluto y el error relatio porcentual. . -epetir el procedimiento para temperaturas de *&F*& *& )* +C.

PROCEDIMIENTO PARA CALIBRAR MANÓMETROS 1. Construir la tabla de escalonamiento de Presión s. 6iliamperios 'teórico( del transmisor de presión. 2. Conectar elctricamente la fuente de olta5e. 3. Conectar el multitester en serie con la fuente y el transmisor de presión. G. Colocar el multitester en posición de medición de miliamperios dc. . Probar conectando la fuente en 1) dc. y la corriente en el multitester debe ser G mI. F. Conectar en paralelo la bomba de calibración manual de manómetros de ba5a presión. . Qniciar la medición en *. bar y tomar el dato de la corriente en mI. 1*



). -epetir el procedimiento para diferentes alores de presión hasta  bar.

RESULTADOS 1. Para el sensor de temperatura %ra7car la cura -esistencia s. Temperatura. 2. Para el sensor de temperatura hallar el error absoluto y el error relatio porcentual. . Determinar el mayor error porcentual. 3. Para el manómetro %ra7car la cura de 6iliamperios s. Presión. 5. Calcular el error absoluto y el error relatio porcentual del manómetro. 4. Determinar el mayor error porcentual del manómetro.

PREGUNTAS 1. 2. 3. G. .

Ru norma se aplica para calibrar sensores PT1** RSe%"n norma cu!l es el error relatio porcentual permitido RI 0ue se llama la4o de :istresis en la medición Ru norma se aplica para calibrar manómetros de Uourdon RSe%"n norma cu!l es el error relatio porcentual permitido

en los manómetros F. RCu!l es el principio de funcionamiento de los transmisores de presión

LINKOGRA6A 11



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