Introducci贸n Sensores de temperatura Termopar Tipos de termopar RTD Tipos de RTD Termistores Configuraciones de termistores Termistores NTC Aplicaciones Termistor PTC Aplicaciones Diferencia entre NTC y PTC Referencias
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Los procesos en la industria deben ser controlados de alguna manera y debido a esto surge la necesidad de utilizar dispositivos capaces de proporcionar información, por ejemplo, a un microprocesador, para que este de la orden de control al sistema, en este caso hablamos de un sensor.
Los sensores son dispositivos diseñados para recibir o percibir información sobre una magnitud sea esta física o química y transformarla en señales eléctricas para que pueda cuantificarse o manipular. Debido a que la temperatura es una variable crítica utilizada para controlar la calidad de los productos en muchos procesos industriales se hace necesario emplear una serie de dispositivos como son los sensores de temperatura, para que controlen y supervisen dichos cambios en los procesos de gran envergadura. Los tipos de sensores eléctricos más comunes y utilizados en la actualidad son los RTD, los termopares y los termistores.
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Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios de señales eléctricas que son procesados por equipos eléctricos o electrónicos. Hay tres tipos populares de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los termopares.
El sensor de temperatura, típicamente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve y que está rellena de un material muy conductor de la temperatura, para que los cambios se transmitan rápidamente al elemento sensor y del cable al que se conectarán el equipo electrónico.
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Un termopar es un sensor para medir la temperatura. Se compone de dos metales diferentes, unidos en un extremo. Cuando la unión de los dos metales se calienta o enfría, se produce una tensión que es proporcional a la temperatura. Las aleaciones de termopares están comúnmente disponibles como alambre.
Los termopares están disponibles en diferentes combinaciones de metales o calibraciones para adaptarse a diferentes aplicaciones.
Los tres más comunes son las calibraciones K, T y J, de los cuales el tipo K es el más popular debido a su amplio rango de temperaturas y bajo costo.
Tipo K: con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 °C a +1372 °C y una sensibilidad 41µV/°C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidación.
6 Tipo T: ideales para mediciones entre -200 y 260 °C. Resisten atmósferas húmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopares de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C.
Tipo J: 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.
Otros tipos de termopares son: Tipo E Tipo N
Tipo B Tipo R Tipo S
7 ¿Cómo elegir un tipo de termopar? Debido a que los termopares miden en rangos de temperatura muy amplios y son relativamente resistentes, los termopares se utilizan muy a menudo en la industria. Los siguientes criterios son utilizados en la selección de un termopar:
Rango de temperatura La resistencia química del termopar o material de vaina Resistencia de abrasión y vibración Requisitos de instalación (es posible que tengan que ser compatibles con equipos existentes; los agujeros existentes pueden determinar el diámetro de la sonda)
Los detectores de resistencia de temperatura (RTDs) operan bajo el principio de los cambios en la resistencia eléctrica de metales puros y se caracterizan por un cambio lineal positivo en resistencia con temperatura. Los elementos típicos usados por los RTDs incluyen níquel (Ni) y cobre (Cu), pero platino (Pt) es por mucho el más común por su amplio rango de temperatura, precisión y estabilidad.
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Sensor de tipo bobinado: estos tipos de sensores se encuentran diseñados con una cubierta cerámica con embobinado en el núcleo. La bobina del núcleo puede ser circular o plano, pero siempre debe estar acompañado de algún tipo de aislante eléctrico.se toma específicamente un acero inoxidable en el núcleo para cerrar la unión de la expansión con el platino, luego es templado y se recubre, proporcionando un completo sellamiento de la sensibilidad del elemento.
Sensor tipo laminado: está fabricado depositando una delgada capa de platino en un estrato de cerámica. La envoltura de platino es cubierta con una resina o vidrio, ayudando a proteger la envoltura de platino disminuyendo la deformación de los cables. Sus ventajas son su bajo costo y su baja masa térmica, haciendo que el sensor manifieste respuesta en corto tiempo de manera práctica. Sin embargo estos tipos de sensores no son tan estables comparados con los sensores de tipo bobinado.
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Sensor de tipo enroscado: se construye a partir de una bobina helicoidal de alambre de platino. Los conductores se insertan a través de un tubo de óxido de aluminio con 4 agujeros equiespaciados. Los orificios son rellanados con polvo cerámico, evitando cortocircuitos posibles vibraciones durante la medición. Sensor de tipo de anillo hueco: el sensor de anillo hueco utiliza un metal de composición abierta aumentando el fluido del contacto con masa térmica pequeña, lo que ayuda a proporcionar un tiempo de respuesta más rápido. Su área externa está totalmente recubierta con material aislante. Una desventaja de estos tipos de sensores es su alto costo.
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El termino termistor procede del inglés Thermally Sensitive Resistor, es decir, resistencia sensible térmicamente, donde su resistencia terminal se encuentra relacionada con la temperatura de su cuerpo.
Según Creus (2005) los termistores “Son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por los que representan unas variaciones rápidas y extremadamente grandes para los cambios relativamente pequeños en la temperatura.” (pág. 244)
Tipo perla
Tipo disco
Tipo chip
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Tipo barra
Termistores con coeficiente de temperatura negativo altamente sensible a cambios de temperatura. Dentro de este grupo se encuentran la mayoría de termistores. Están formados con mezclas poli cristalinas de óxido de magnesio, cobalto, cobre y níquel. Los cambios en la resistencia de los NTC, pueden ser debidos a cambios en la temperatura ambiente (externos) o bien como consecuencia de un auto calentamiento producido por el flujo de corriente en el dispositivo (interno).
Son resistores no lineales cuya resistencia disminuye fuertemente con la temperatura. La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no cumple la ley de Ohm).
Aplicaciones en las que se aprovecha la inercia térmica, es decir, el tiempo que tarda el termistor en calentarse o enfriarse cuando se le somete a variaciones de tensión.
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Aplicaciones en las que la corriente que circula por ellos, no es capaz de producirles aumentos apreciables de temperatura y por tanto la resistencia del termistor depende únicamente de la temperatura del medio ambiente en que se encuentra.
Son utilizados para circuitos sensores de temperatura. Su característica principal es que no puedo sobrepasar la temperatura de Curie, ya que al hacerlo este se comportaría como una NTC.
Aplicaciones en las que su resistencia depende de las corrientes que lo atraviesan.
Son dispositivos que varían su resistencia en función de la temperatura de forma alineal.
Un termistor PTC es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura. El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la temperatura llega a ser demasiado alta.
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Las aplicaciones de un termistor PTC están, restringidas a un determinado margen de temperaturas. Medida de la Tempe ratura. Retardo en el accionamiento de relés. Protección contra sobreimpulsos de corriente. protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos.
El coeficiente de temperatura de un termistor PTC es único entre unos determinados márgenes de temperaturas.
Fuera de estos márgenes, el coeficiente de temperatura es cero o negativo.
El valor absoluto del coeficiente de temperatura de los termistores PTC es mucho más alto que el de los termistores NTC.
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