Termómetro de resistencia Ir a la navegación Ir a la búsqueda
Se ha sugerido que este artículo o sección sea fusionado con R TD (discusión discusión)). Una vez que hayas realizado la fusión de contenidos, pide la fusión de historiales aquí aquí.. Este aviso fue puesto el 3 de diciembre de 2012.
Los termómetros de resistencia o termómetros a resistencia son transductores de temperatura,, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia eléctrica de un temperatura material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variación de resistencia eléctrica en una variación de temperatura. El termómetro de resistencia se utiliza para medir una temperatura entre los 200°C y los 3568°C El termómetro de resistencia funciona en un intervalo de -200°C a + 850°C hasta una temperatura de +1760°C con una resolución de 0,1°C en e n todo el rango de medición. me dición.
Historia Ya en 1821 Sir Humphry Sir Humphry Davy había observado que la resistencia eléctrica de los materiales variaba al variar su temperatura, pero no fue hasta 1871 que William Siemens propuso Siemens propuso la utilización del platino del platino como termómetro basándose en éste efecto. Los métodos de construcción para estos termómetros fueron establecidos e ntre 1898 y 1900.. 1900
Generalidades Los materiales más usados como termómetros a resistencia son el platino, el cobre y el tungsteno.. El platino tiene la particularidad de tener una relación resistenciatungsteno temperatura sumamente lineal, por lo cual es el material más utilizado y generalmente se le denominan a estos termómetros IPRT ( Industrial Platinum Resistance Resistance Thermometer ) o RTD ( Resistance Temperature Temperature Detector Detector ). ). El platino tiene las ventajas de:
Ser químicamente inerte. Tiene un elevado punto de fusión (2041,4 K). Su relación resistencia-temperatura es altamente lineal. Puede ser obtenido con un alto grado de pureza y claridad.
RTD Ir a la navegación Ir a la búsqueda
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Este artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación una publicación acreditada.. acreditada Este aviso fue puesto el 27 de noviembre de 2011.
RTD (thin film)
RTD (cubierta cerámica)
sonda de medida
sonda de medida Un RTD (del inglés: resistance temperature detector ) es un detector de temperatura resistivo, es decir, un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Su símbolo es el siguiente, en el que se indica una variación lineal con coeficiente de temperatura positivo.
Símbolo RTD Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resis tencia. A mayor temperatura, mayor agitación, y mayor resistencia. La variación de la resistencia puede ser expresada de manera polinómica como sigue a continuación. Por lo general, la variación es bastante lineal en márgenes amplios de temperatura.
donde:
es la resistencia a la temperatura de referencia
es la desviación de temperatura respecto a
es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 °C, interesa que sea de gran valor y constante con la temperat ura
Los materiales empleados para la construcción de sensores RTD suelen ser conductores tales como el cobre, el níquel o el platino. Las propiedades de algunos de éstos se muestran en la siguiente tabla:
Parámetro Resistividad (
Platino (Pt) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Molibdeno (Mo) )
10.6
1.673
6.844
5.7
0.00385
0.0043
0.00681
0.003786
25, 50, 100, 200 10
margen (°C)
-200 a +850
50, 100, 120 100, 200, 500
-200 a +260 -80 a +230 -200 a +200
De todos ellos es el platino el que ofrece mejores prestaciones, como:
alta resistividad… para un mismo valor óhmico, la masa del sensor será menor, por lo que la respuesta será más rápida margen de temperatura mayor alta linealidad sin embargo, su sensibilidad (
) es menor
Un sensor muy común es el Pt100 (RTD de platino con R=100 a 0 °C). En la siguiente tabla se muestran valores estándar de resistencia a distintas temperaturas para un sensor Pt100 con
= 0.00385
Temperatura (°C)) 0 Resistencia (
)
20
. 30
40
60
80
100
100 107.79 111.55 115.54 123.1 130.87 138.50
Sensores de Temperatura RTD
Los termómetros de resistencia o termómetros a resistencia son transductores de temperatura, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia eléctrica de un material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variación de temperatura en una variación de resistencia eléctrica. Los RTD son sensores de temperatura resistivos. En ellos se aprovecha el efecto que tiene la temperatura en la conducción de los electrones para que, ante un aumento de temperatura, haya un aumento de la resistencia eléctrica que presentan. Este efecto suele aproximarse a un sistema de primer o segundo orden para facilitar los cálculos. Los sensores RTD suelen ir asociados a montajes eléctricos tipo Puente de Wheatstone, que responden a la variación de la resistencia eléctrica por efecto de la temperatura para originar una señal analógica de 4-20 mA que es la que se utiliza en el sistema de control correspondiente como señal de medida. Un tipo de RTD son las Pt100 o Pt1000. Estos sensores deben su nombre al hecho de estar fabricados de platino (Pt) y presentar una resistencia de 100ohms o 1000ohms respectivamente a 0ºC. Son dispositivos muy lineales en un gran rango de temperaturas. El platino tiene la particularidad de tener una relación resistencia-temperatura sumamente lineal, por lo cual es el material más utilizado y generalmente se le denominan a estos termómetros IPRT ( Industrial Platinum Resistance Thermometer ) o RTD ( Resistance Temperature Detector ). El platino tiene las ventajas de:
Ser químicamente inerte Tiene un elevado punto de fusión (2041,4 K) Como ya hemos dicho, tiene una alta linealidad Puede ser obtenido con un alto grado de pureza.
Aplicaciones:
Inyección de plástico Procesos alimenticios Procesos industriales Equipo de empaque
Medición de temperatura y control PID
El PLC FBs proporciona módulos de temperatura de termopar (J, K, R, S, E, T, B, N) así como un módulo de temperatura RTD (para Pt-100 y Pt-1000). Los termopares son adecuados para la medición de grandes rangos de temperatura, como un proceso de caldera. Los RTD son buenos para la medición de baja temperatura, gamas más pequeñas de temperatura y una resolución más alta tal como aplicaciones de refrigeración y de aire acondicionado. Debido a las características del control de temperatura, multiplexeo en el escaneo de entrada s de temperatura y el control PID de múltiples lazos hacen que un solo PLC FBs sea capaz de realizar hasta 32 lazos de control de temperatura PID. Con la instrucción conveniente de la medición de temperatura y control de temperatura PID en el d esarrollo del programa en escalera reduce significativamente la dificultad, el costo, el tiempo de desarrollo y pruebas de monitoreo de programas de control.
Preguntas y Respuestas Frecuentes (FAQ): RTDs y Termopares RTD
Tipo
Pt100
Rango de temperatura
0°C ~ 1250 °C
Material del RTD
Platino
Precisión
0.01 °C
Diámetro del tubing
3/16
Longitud del tubing
1.5
Material del tubing
Acero inoxidable
Tipo de unión
Aislado
Resistencia sonda a 0°C
100 Ω
Aislante
Material de la extensión
Teflón
Rango de temperatura
-190°C ~ 260°C
Longitud de la extensión
2m
Número de hilos
3 hilos
Resistencia a la abrasión
Muy buena
Resistencia a la humedad
Excelente
Resistencia a la producción del petróleo Excelente Código de orden
RTD con 2 metros de aislante
LB-30102-423-21-1PLG1/2-1-B2m-1
Ejemplo de esquema de conexión
Termistor Ir a la navegación Ir a la búsqueda
Símbolo genérico de un termistor.
Símbolo NTC.
Símbolo PTC. Un termistor es un sensor de temperatura por resistencia. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Existen dos tipos de termistor:
NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo (también llamado posistor).
Cuando la temperatura aumenta, los tipo PTC aumentan su resistencia y los NTC la disminuyen.
Índice
1 Introducción 2 Inconvenientes de los termistores 3 Véase también 4 Bibliografía 5 Enlaces externos
Introducción El funcionamiento se basa en la variación de la resistencia del semiconductor debido al cambio de la temperatura ambiente, creando una variación en la concentración de portadores. Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por lo que la resistencia será menor, de ahí que el coeficiente sea negativo. Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado. Usualmente, los termistores se fabrican a partir de óxidos semiconductores, tales como el óxido férrico, el óxido de níquel, o el óxido de cobalto.
Sin embargo, a diferencia de los sensores RTD, la variación de la resistencia con la temperatura no es lineal. Para un termistor NTC, la característica es hiperbólica. Para pequeños incrementos de temperatura, se darán grandes incrementos de resistencia. Por ejemplo, el siguiente modelo caracteriza la relación entre la temperatura y la resistencia mediante dos parámetros:
con
donde:
es la resistencia del termistor NTC a la temperatura T ( K )
es la resistencia del termistor NTC a la temperatura de referencia B es la resistencia característica del material, entre 2000 K y 5000 K .
(K )
Por analogía a los sensores RTD, podría definirse un coeficiente de temperatura equivalente
, que para el modelo de dos parámetros quedaría:
Puede observarse como el valor de este coeficiente varía con la temperatura. Por ejemplo, para un termistor NTC con B = 4000 K y T = 25 °C, se tendrá un coeficiente equivalente sensor Pt100 con
= -0.045
, que será diez veces superior a la sensibilidad de un
= 0.00385
.
El error de este modelo en el margen de 0 a 50 °C es del orden de ±0.5 °C. Exist en modelos más sofisticados con más parámetros que dan un error de aproximación aún menor. En la siguiente figura se muestra la relación tensión – corriente de un termistor NTC, en la que aparecen los efectos del autocalentamiento.
Autocalentamiento. A partir del punto A, los efectos del autocalentamiento se hacen más evidentes. Un aumento de la corriente implicará una mayor potencia disipada en el termistor, aumentando la temperatura de éste y disminuyendo su resistencia, dejando de aumentar la tensión que cae en el termistor. A partir del punto B, la pendiente pasa a ser negativa. Tipos
Termistor (tipo perla)
Termistor (tipo SMD)
Termistor (tipo disco)
Termistor (axial)
Sonda de medida
Inconvenientes de los termistores Para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos adecuadamente. Pero el principal inconveniente del termistor es su falta de linealidad.
Véase también
Instrumentación electrónica RTD
Termopar Ir a la navegación Ir a la búsqueda
Diagrama de funcionamiento del termopar.
Un termopar (llamado también Termocupla por traducción del término inglés Thermocouple) es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña (del orden de los milivoltios) que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado «punto caliente» o «unión caliente» o de «medida» y el otro llamado «punto frío» o «unión fría» o de «referencia» (efecto Seebeck ).
Normalmente los termopares industriales están compuestos por un tubo de acero inoxidable u otro material. En un extremo del tubo está la unión, y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal). En instrumentación industrial, los termopares son usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación está en la exactitud, pues es fácil obtener errores del sistema cuando se trabaja con precisiones inferiores a un grado Celsius.[cita requerida] El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaci ones de calefacción a gas.
Índice
1 Linealización 2 Formato de termopares 2.1 Tipos o 3 Precauciones y consideraciones al usar termopares 3.1 Problemas de conexión o 3.2 Resistencia de la guía o 3.3 Desajuste o 3.4 Ruido o 3.5 Tensión en modo común o 3.6 Ruido en modo serie o 3.7 Desviación térmica o 4 Leyes 5 Véase también 6 Bibliografía
Linealización Además de lidiar con la compensación de unión fría, el instrumento de medición debe además enfrentar el hecho de que la energía generada por un termopar no es una función lineal de la temperatura. Esta dependencia se puede aproximar por un polinomio complejo (de grado 5 a 9, dependiendo del tipo de termopar). Los métodos analógicos de linealización son usados en medidores de termopares de bajo costo.
Formato de termopares Los termopares están disponibles en diferentes formatos, como sondas. Estas últimas son ideales para variadas aplicaciones de medición, por ejemplo, en la investigación médica, sensores de temperatura para los alimentos, en la industria y en otras ramas de la ciencia, etc. A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideración el tipo de conector. Los dos tipos son el modelo «estándar», con pines redondos y el modelo
«miniatura», con pines chatos, siendo estos últimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los más populares. Otro punto importante en la selección es el tipo de termopar, el aislamiento y la construcción de la sonda. Todos estos factores tienen un efecto e n el rango de temperatura a medir, precisión y fiabilidad en las lecturas. Tipos
Tipo K (cromel/alumel): con una amplia variedad aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. El cromel es una aleación de Ni-Cr, y el alumel es una aleación de Ni-Al. Tienen un rango de temperatura de –200 °C a +1372 °C y una sensibilidad 41 µV/°C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidación. Tipo E (cromel/constantán [aleación de Cu-Ni]: no son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/°C. Tipo J (hierro/constantán): su rango de utilización es de –270/+1200 °C. Debido a sus características se recomienda su uso en atmósferas inertes, reductoras o en vacío, su uso continuado a 800 °C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rápida oxidación que sufre el hierro por encima de 550 °C; y por debajo de 0 °C es necesario tomar precauciones a causa de la condensación de vapor de agua sobre el hierro. Tipo T (cobre/constantán): ideales para mediciones entre -200 y 260 °C. Resisten atmósferas húmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopar de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C. Tipo N (nicrosil [Ni-Cr-Si]/nisil [Ni-Si]): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S, que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más esta bles, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 °C).
Tipo B (Pt-Rh): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1800 °C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0 °C y 42 °C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a t emperaturas por encima de 50 °C. Tipo R (Pt-Rh): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1300 °C. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo. Tipo S (Pt/Rh): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1300 °C, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C).
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.
Precauciones y consideraciones al usar termopares
La mayor parte de los problemas de medición y errores con los termopares se deben a la falta de conocimientos del funcionamiento de los termopares. A continuación, un breve listado de los problemas más comunes que deben tenerse en cuenta. Problemas de conexión
La mayoría de los errores de medición son causados por uniones no intencionales del termopar. Se debe tener en cuenta que cualquier contacto e ntre dos metales distintos creará una unión. Si lo que se desea es aumentar la longitud de las guías, se debe usar el tipo correcto del cable de extensión. Así por ejemplo, el tipo K corresponde al termopar K. Al usar otro tipo se introducirá una unión termopar. Cualquiera que sea el conector empleado debe estar hecho del material termopar correcto y su polaridad debe ser la adecuada. Lo más correcto es emplear conectores comerciales del mismo tipo que el termopar para evitar problemas. Resistencia de la guía
Para minimizar la desviación térmica y mejorar los tiempos de respuesta, los termopares están integrados con delgados cables. Esto puede causar que los termopares tengan una alta resistencia, la cual puede hacer que sea sensible al ruido y también puede causar errores debidos a la resistencia del instrumento de medición. Una unión termopar típica expuesta con 0,25 mm tendrá una resistencia de cerca de 15 ohmios por metro. Si se necesitan termopares con delgadas guías o largos cables, conviene mantener las guías cortas y entonces usar el cable de extensión, el cual es más grueso (lo que significa una menor resistencia) ubicado entre el termopar y el instrumento de medición. Se recomienda medir la resistencia del termopar antes de utilizarlo. Desajuste
El desajuste es el proceso de alterar accidentalmente la conformación del cable del termopar. La causa más común es la difusión de partículas atmosféricas en el metal a los extremos de la temperatura de operación. Otras causas son las impurezas y los químicos del aislante difundiéndose en el cable del termopar. Si se opera a elevadas temperaturas, se deben revisar las especificaciones del aislante de la sonda. Tenga en cuenta que uno de los criterios para calibrar un instrumento de medición, es que el patrón debe ser por lo menos 10 veces más preciso que el instrumento a calibrar. Ruido
La salida de un termopar es una pequeña señal, as í que es susceptible de error por ruido eléctrico. La mayoría de los instrumentos de medición rechazan cualquier modo de ruido (señales que están en el mismo cable o en ambos) así que el ruido puede ser minimizado al retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma señal de ruido. Si se opera en un ambiente extremadamente ruidoso (por ejemplo c erca de un gran motor ), es necesario considerar usar un cable de extensión protegido. Si se sospecha de la recepción de ruido, primero se deben apagar todos los equipos sospechosos y comprobar si las lecturas cambian. Si n embargo, la solución más lógica es diseñar un filtro pasabajos (resistencia y condensador en serie) ya que es probable que la frecuencia del ruido (por ejemplo de un motor) sea mucho mayor a la frecuencia con que oscila la temperatura. O ponerle un repetidor después del termopar para que la
señal en el cable sea mayor y que el equipo receptor este compensado para poder acoplar ese repetidor. Tensión en modo común
Estas tensiones pueden ser causados tanto por una recepción inductiva (un problema cuando se mide la temperatura de partes del motor y transformadores) o por las uniones a conexiones terrestres. Un ejemplo típico de uniones a tierra sería la medición de un tubo de agua caliente con un termopar sin aislamiento. Si existe alguna conexión terrestre pueden existir algunos voltios entre el tubo y la tierra del instrumento de medición. Estas señales están una vez más en el modo común (las mismas en ambos cables del termopar) así que no causarán ningún problema con la mayoría de los instrumentos siempre y cuando no sean demasiado grandes. Los voltajes del modo común pueden ser minimizados al usar los mismos recaudos del cableado establecidos para el ruido, y también al usar termopares aislados. Ruido en modo serie
Si el sensor está expuesto a cables de alta tensión se puede presentar un voltaje que aparece en solo una de las líneas de este, este ruido se puede disminuir transmitiendo la señal en corriente. Desviación térmica
Al calentar la masa de los termopares se extrae energía que afectará a la temperatura que se trata determinar. Considérese por ejemplo, medir la temperatura de un líquido en un tubo de ensayo: existen dos problemas potenciales. El primero es que la energía del calor viajará hasta el cable del termopar y se disipará hacia la atmósfera reduciendo así la temperatura del líquido alrededor de los cables. Un problema similar puede ocurrir si un termopar no está suficientemente inmerso en el líquido, debido a un ambiente de temperatura de aire más frío en los cables, la conducción térmica puede causar que la unión del termopar esté a una temperatura diferente del líquido mismo. En este ejemplo, un termopar con cables más delgados puede ser útil, ya que causará un gradiente de temperatura más pronunciado a lo largo del cable del termopar en la unión entre el líquido y el aire del ambiente. Si se emplean termopares con cables delgados, se debe prestar atención a la resistencia de la guía. El uso de un termopar con cables delgados conectados a un termopar de extensión mucho más gruesa a menudo ofrece el mej or resultado.
Leyes Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido est ablecer tres leyes fundamentales: 1. Ley del circuito homogéneo: en un conductor metálico homogéneo no puede sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación exclusiva de calor. 2. Ley de los metales intermedios: si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura 'A' a otro 'B', la suma algebraic a de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metálicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo 'A' y 'B'.
3. Ley de las temperaturas sucesiva: La f.e.m. generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3.
Por estas leyes se hace evidente que en el circuito se desarrolla una pequeña tensión continua proporcional a la temperatura de la unión de medida, siempre que haya una diferencia de temperaturas con la unión de referencia. Los valores de esta f.e.m. están tabulados en tablas de conversión con la unión de referencia a 0 °C.
Termopar
