Sensor de temperatura 44

SENSOR
Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente
eléctrica en la actualidad, (antiguamente se utilizaban señales
hidráulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna
correlación definida.

TRANSMISORES
Los transmisores son instrumentos que convierten la salida del sensor
en una señal suficientemente fuerte como para transmitirla al
controlador o a otro aparato receptor.

Las señales de salida del transmisor pueden ser neumáticas, eléctricas o
digitales

TERMÓMETROS DE
VIDRIO Y DE BULBO

Vidrio
Indican la temperatura como diferencia entre el coeficiente de dilatación
del vidrio y del líquido empleado (Ej.: mercurio).
Bulbo
La variación de temperatura produce la expansión o contracción del
fluido, lo que deforma el recinto que lo contiene.

TERMÓMETROS
BIMETÁLICOS

Sensores de tipo todo o nada que conmutan a un cierto valor de
temperatura.
Constan de dos láminas metálicas con diferente coeficiente de
dilatación, unidas sólidamente por sus extremos. Se basan en la
diferencia de dilatación de dos metales.
Cuando por efecto de la temperatura se dilatan, se deforman
produciéndose un desplazamiento mecánico cuya fuerza se emplea
para mover una aguja indicadora o para activar un mecanismo de
control.
Usos típicos: sistemas de climatización, interruptores de
protección, etc.

TERMÓMETROS DE
RESISTENCIA METÁLICA (RTD)

Se basan en que la resistencia eléctrica de metales puros aumenta con la
temperatura. En algunos de forma casi lineal: R=R0 [1+alfa(T-T0)]
El material debe ser resistente a la corrosión y a ambientes hostiles, con
comportamiento lineal, alta sensibilidad, fácil de fabricar y estable: Pt y Ni.
Rango (Pt): -200ºC a +500ºC. PT100: sensibilidad 0.385 ohmios/ºC

TERMISTORES

PTC (Positive Temperature Coefficient) y NTC (Negatice Temperature
Coefficient).
Semiconductores o cerámicos.
Alta sensibilidad: 100 ohmios/ºC
No lineal: hay que linealizar en torno al punto de trabajo.
Rango de temperatura pequeño. Útil para temperatura ambiente.
Muy baratos y pequeños.
Menos precisión.

SENSORES DE
TEMPERATURA
Efecto Seebeck:
Un termopar es un circuito formado por dos metales
distintos que produce un voltaje que es función de la
diferencia de temperatura entre uno de los extremos
denominado "punto caliente" y el otro denominado
"punto frío".

Termopar del tipo K

TIPO K

 Bajo costo y en una variedad de sondas.
 Calibración sin recubrimiento hasta 1100ºC.
 Con recubrimiento hasta 1260ºC.
 Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%
 Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2%
 F.E.M. producida: -6,458 mV/ºC a 48,838 mV/ºC
 Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mecánico.
 Existen cambios químicos asociados que se presentan
durante su empleo (descalibración).

TIPO E

 Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el
ámbito criogénico gracias a su sensibilidad.
 Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%
 Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%
 F.E.M. producida: -9,835 mV/ºC a 76,373 mV/ºC (la
mayor).
 Puede usarse en vacío o en atmósfera inerte o
medianamente oxidante o reductora.

TIPO J

 Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las
combinaciones de metal base debido a su bajo coste.
 Termoelemento positivo: Fe99,5%
 Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%
 Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos
que no aceptan el uso de termopares más modernos.
 F.E.M. producida: -8,096 mV/ºC a 42,919 mV/ºC.
 Adecuado en atmósferas con escaso oxigeno libre. la
oxidación de el hilo de hierro aumenta rápidamente por
encima de 550ºC, siendo necesario un mayor diámetro del
hilo hasta una temperatura limite de 750ºC.

TIPO T

 Termoelemento positivo: Cu 100%
 Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45%
 Temperatura máxima limitada por la oxidación del
cobre por encima de 371ºC.
 Se debe evitar atmósferas en donde estén presentes
amoníaco, peróxido de hidrógeno, azufre
fundido, sulfuro de hidrógeno y anhídrido sulfuroso
con un RH de 65% o mayor.
 El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la
corrosión por humedad atmosférica o condenación y
puede utilizarse en atmósferas oxidantes o reductora.

TIPO N

 Termoelemento positivo: Ni84,4%, Cr14,2%, Si1,4%
 Termoelemento negativo: Ni95,45%
Si4,40%, Mg0,15%
 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.

TIPO S

 Los pares de calibración S se utilizan para medidas de
temperatura industrial y como patrones primarios.
 Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10%
 Termoelemento negativo: Pt100%
 Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los
1.300 ºC, pero su baja sensibilidad 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).
 Excelente resistencia a la oxidación.

TIPO S

 Nunca deben insertarse directamente en tubos de
protección metálicos, pero sí en tubos con protección
de cerámica. Fabricado con alúmina (Al2O3) de alto
contenido de pureza.
 Para temperaturas superiores a 1500ºC se utilizan
tubos de protección de platino.
 Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas
inferiores a 0ºC.
 Por encima de 1400ºC ocurre crecimiento de
granulaciones que los dejan quebradizos.
 Las atmósferas con gases reductores como el
hidrógeno atacarán al termopar.

TIPO R

 Gran aceptación en las aplicaciones industriales de alta
temperatura debido a su elevado poder termoeléctrico en
estas condiciones.
 Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%.
 Termoelemento negativo: Pt100%.
 Adecuados para la medición de temperaturas de hasta
1.300 ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado
precio quitan su atractivo.
 Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno
atacarán al termopar.

TIPO B

 Utilizado en la industria para temperaturas mas elevadas
que ambos ya que con la aleación de Pt-Rh se logra que su
temperatura de fusión se eleve y por lo tanto puede
emplearse hasta temperaturas mayores.
 Termoelemento positivo: Pt70,4%, Rh29,6%.
Termoelemento negativo: Pt93,9%, Rh6,1%.
 Adecuados para la medición de altas temperaturas
superiores a 1.800 ºC.
 F.E.M. producida: 0,000 mV/ºC a 13,820 mV/ºC.
 Presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC.
 Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno
atacarán al termopar.

TIPO S,R Y B

 Otro contaminador que afecta a la calibración
atacando al par es el sílice.
 El sílice se encuentra en todos los tubos de carburo
de silicio, tubos y aisladores de silimanita, que son los
mas comúnmente usados con esta clase de pares por
su economía.
 Para evitar el ataque de atmósferas reductoras y
contaminación del Sílice en el extremo mas alto de la
gama de temperaturas, deben utilizarse tubos
protectores de Alúminia recristalizada y vitrificada
entre el 97 y 99% de Alumina Pura.
 Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza
con suficiente "espacio para respiración.

TIPOS DE TERMOPARES

 Los termopares tipo R, S y E se emplean en
atmosferas oxidantes y temperaturas de trabajo de
hasta 1500ºc. Si la atmósfera es reductora, el
termopar debe protegerse con un tubo cerámico
estanco.
 El material del tubo de protección debe ser el
adecuado para el proceso donde se aplique y suele
ser de hierro o acero sin soldaduras, acero
inoxidable, iconel, carburo de silicio, etc...

PIRÓMETROS DE
RADIACIÓN

Miden la temperatura a partir de la radiación térmica que emiten los
cuerpos calientes.
No requiere el contacto entre sensor y cuerpo cuya temperatura se desea
medir. Evita problemas cuando la temperatura del cuerpo es la temperatura
de fusión del material del que está hecho el sensor.
Se basan en la ley de Stefan-Boltzmann: todas las sustancias a cualquier
temperatura por encima del cero absoluto radían energía como resultado de
la agitación atómica asociada con su temperatura. La energía emitida por el
cuerpo aumenta proporcionalmente con la cuarta potencia de la
temperatura absoluta del cuerpo.
Tienen un sistema óptico que recoge la energía radiada y la concentra en un
detector, el cual genera una señal propocional a la temperatura.
Se usan cuando el área a medir se mueve o es de difícil acceso o cuando no
se pueden usar los termopares.

Sensor de temperatura 44

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