UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

Instrumentacin 19

TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA

PP1.- Ttulo:

TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA

2. Objetivos: 2.2.1 Objetivo General: Investigar el funcionamiento, clasificacin, implementacin y rango de operacin de los transductores de temperatura.2.2.1 Objetivos Especficos: Investigar y analizar el funcionamiento de los transductores de temperatura. Identificar los tipos de transductores de temperatura ms usados en los sistemas de adquisicin de datos. Conocer los medios de empleo de los transductores de temperatura. Reconocer las unidades de medida de los transductores de temperatura. 2.3 Resumen: De manera general podemos decir que es un elemento o dispositivo que tiene la misin de traducir o adaptar un tipo de energa en otro ms adecuado para el sistema, es decir convierte una magnitud fsica, no interpretable por el sistema, en otra variable interpretable por dicho sistema.Los transductores de temperatura se emplean cada vez ms. Tanto en el sector de transductores de temperatura para profesionales para la inspeccin y controlar la calefaccin, ventilacin o climatizacin, o cualquier otro lugar donde es necesario controlar la temperatura en un proceso de produccin. Los transductores de temperatura se diferencian en el principio de medicin. Hay diferentes modelos disponibles. Los transductores que miden la temperatura mediante la radiacin infrarroja se usan para determinar la temperatura superficial. Por otro lado existen transductores de temperatura que vigilan por ejemplo la temperatura del aire y la transforma en una seal normalizada. El transductor transforma la seal que entrega el sensor en otra normalmente de tipo elctrico.Entre los transductores de Temperatura tenemos Termoresistencias Termistores:NTC y PTC Termopares Pirmetros de radiacinLos transductores pueden ser:Activos: generan por s mismos una seal elctrica.Pasivos: no generan por s mismos una seal elctricaLos transductores de temperatura se suelen conectar a una unidad de control separada. Los transductores de temperatura transforman la magnitud fsica de temperatura en una seal elctrica normalizada que se transfiere a un controlador. Para poder mejorar la calidad de medicin y tener un nivel de precisin con un margen de error muy bajo.

2.5 Introduccin

La temperatura es una de las magnitudes fsicas que se miden con mayor frecuencia. Son numerosos los tipos de sensores que se han desarrollado a tal fin, entre los que trataremos los detectores de temperatura resistivos, los termistores, los circuitos integrados lineales y los termopares. La seleccin de cada dispositivo depender de la adecuacin de sus caractersticas estticas y dinmicas a la aplicacin que lo requiere.Transductores son elementos que transforman una magnitud fsica en una seal elctrica. Se pueden clasificar en dos grupos: Activos y pasivos. Son transductores activos los que hay que conectar a una fuente externa de energa elctrica para que puedan responder a la magnitud fsica a medir como por ejemplo las fotorresistencias y termoresistencias, y son pasivos los que directamente dan una seal elctrica como respuesta a la magnitud fsica como los fotodiodos y las sondas de pH.Los transductores de temperatura y los efectos parsitos asociados a la masa trmica, se realiza un estudio comparativo de los transductores de temperatura resistivos, haciendo nfasis en sus coeficientes de temperatura y los errores asociados a los hilos de conexin al equipo de medida. Por ltimo, se analizan los circuitos integrados lineales y los termopares. Los primeros se emplean en aplicaciones que requieran condiciones de linealidad, bajo consumo y precisin. Los segundos, aunque con un principio fsico sencillo, requieren configuraciones de medida que aseguren una temperatura de referencia y eviten la formacin de termopares parsitos.La temperatura es probablemente el parmetro fsico ms comn y fundamental que un ingeniero debe medir. La relacin ntima entre procesos- fsicos, qumicos y biolgicos- y la temperatura, como un indicador de estado, es una consideracin primaria, desde el nivel molecular basta el sistema completo. En electrnica, ningn otro parmetro fsico es tan persistente en su influencia sobre circuitos y sistemas como la temperatura. Entre los Transductores que sern discutidos en este curso se incluyen los de expansin trmica (elementos bimetlicos e interruptores de columna de mercurio), de Voltaje Seebeck (termopares), de efectos resistivos (RTD y termistancias), y diodos de unin semiconductora (diodos y dispositivos con corriente de salida proporcional a la temperatura absoluta, tales como al AD590).

2.6 Metodologa: La metodologa de este informe es la investigacin. 2.7 Marco Terico:

TRANSDUCTOR DE TEMPERATURA Definicin: Un transductor de temperatura es un dispositivo que convierte una seal de una forma fsica determinada en otra seal de forma fsica diferente. Es un dispositivo que convierte un tipo de energa en otro. Puede ser analgica o digital. En los analgicos, la informacin variar de forma continua, la informacin est en la amplitud (por ejemplo un potencimetro). En una salida digital, la salida variar de forma discreta y har que la transmisin de su salida sea ms fcil (por ejemplo un codificador de posicin). Se usa una gran variedad de transductores para medir la temperatura. Algunos de ellos convierten directamente la temperatura en una seal elctrica, mientras que otros deben emplearse en combinacin con un transductor elctrico, para convertir la indicacin de temperatura en alguna forma elctrica. Los transductores elctricos de temperatura utilizan diversos fenmenos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran: Variacin de resistencia en un conductor (sondas de resistencia). Variacin de resistencia de un semiconductor (termistores). f.e.m. creada en la unin de dos metales distintos (termopares). Intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo (pirmetros de radiacin).

Los Tipos de transductores de temperatura son:1. Termmetros de resistencia 2. Termistores3. Sensores IC 4. Termopares5. Pirmetros de Radiacin.6. Pirmetros pticos7. Pirmetros de radiacin total 1.- TERMMETRO DE RESISTENCIA Lostermmetros de resistenciaotermmetros a resistenciasontransductoresdetemperatura, los cuales se basan en la dependencia de laresistencia elctricade un material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variacin de resistencia elctrica en una variacin de temperatura. El termmetro de resistencia se utiliza para medir una temperatura entre los 200C y los 3568C El termmetro de resistencia funcionan en un intervalo de -200C a +850C hasta una temperatura de +1760C con una resolucin de 0,1C en todo el rango de medicin.La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de las caractersticas de resistencia en funcin de la temperatura que son propias del elemento de deteccin. El elemento consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cermica. El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado "coeficiente de temperatura de resistencia" que expresa, a una temperatura especificada, la variacin de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura.La relacin entre estos factores puede verse en la expresin lineal siguiente:Rt = R0 (1 + t)En la que:R0 = Resistencia en ohmios a 0C.Rt = Resistencia en ohmios t C. = Coeficiente de temperatura de la resistencia.

Fig. 1: Termmetro de Resistencia Detectores de temperatura de resistencia El detector de temperatura de resistencia (RTD) se basa en el principio segn el cual la resistencia de todos los metales depende de la temperatura. La eleccin del platino en los RTD de la mxima calidad permite realizar medidas ms exactas y estables hasta una temperatura de aproximadamente 500 C. Los RTD ms econmicos utilizan nquel o aleaciones de nquel, pero no son tan estables ni lineales como los que emplean platino. En cuanto a las desventajas, el platino encarece los RTD, y otro inconveniente es el auto calentamiento. Para medir la resistencia hay que aplicar una corriente, que, por supuesto, produce una cantidad de calor que distorsiona los resultados de la medida. Una tercera desventaja, que afecta al uso de este dispositivo para medir la temperatura, es la resistencia de los RTD. Al ser tan baja, la resistencia de los hilos conductores que conectan el RTD puede provocar errores importantes. En la denominada tcnica de dos hilos Fig. 2, la resistencia se mide en los terminales del sistema de adquisicin de datos, por lo que la resistencia de los hilos forma parte de la cantidad desconocida que se pretende medir. Por el contrario, la tcnica de cuatro hilos Fig. 3 mide la resistencia en los terminales del RTD, con lo cual la resistencia de los hilos queda eliminada de la medida. La contrapartida es que se necesita el doble de cables y el doble de canales de adquisicin de datos. (La tcnica de tres hilos ofrece una solucin intermedia que elimina un cable, pero no es tan precisa.)

Figura 2.

Figura 3.

2.- TERMISTORES Untermistores unsensorresistivo detemperatura. Su funcionamiento se basa en la variacin de laresistividadque presenta unsemiconductor con la temperatura. El funcionamiento se basa en la variacin de la resistencia del semiconductor debido al cambio de la temperatura ambiente, creando una variacin en la concentracin de portadoresLos Termistores son semiconductores electrnicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado y que presentan una curva caracterstica lineal tensin-corriente siempre que la temperatura se mantenga constante.La relacin entre la resistencia y la temperatura viene dada por la expresin.

En la que:Rt= Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta Tt.R0= Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta de referencia T0. = constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas.Hay que sealar que para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos adecuadamente.Los termistores de conectan a puentes de Wheatstone convencionales o a otros circuitos de medida de resistencia. En intervalos amplios de temperatura, los termistores tienen caractersticas no lineales. Al tener un alto coeficiente de temperatura poseen una mayor sensibilidad que las sondas de resistencia estudiadas y permiten incluso intervalos de medida de 1C . Son de pequeo tamao y su tiempo de respuesta depende de la capacidad trmica y de la masa del termistor variando de fracciones variando de fracciones de segundo a minutos.La distancia entre el termistor y el instrumento de medida puede ser considerable siempre que el elemento posea una alta resistencia comparada con la de los cables de unin. La corriente que circula por el termistor a travs del circuito de medida debe ser baja para garantizar que la variacin de resistencia del elemento sea debida exclusivamente a los cambios de temperaturas del proceso.Los termistores encuentran su principal aplicacin en la compensacin de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacumetros.Los termistores, que son detectores resistivos fabricados normalmente de semiconductores cermicos, ofrecen una impedancia mucho ms alta que los RTD, por lo que la reduccin de los errores provocados por los hilos conductores hace bastante factible el uso de la tcnica de dos hilos, que es ms sencilla. Su alto rendimiento (un gran cambio de resistencia con un pequeo cambio de temperatura) permite obtener medidas de alta resolucin y reduce an ms el impacto de la resistencia de los hilos conductores. Por otra parte, la bajsima masa trmica del termistor minimiza la carga trmica en el dispositivo sometido a prueba. No obstante, la baja masa trmica tambin plantea un inconveniente, que es la posibilidad de un mayor auto calentamiento a partir de la fuente de alimentacin utilizada en la medida. Otro inconveniente del termistor es su falta de linealidad, que exige un algoritmo de linealizacin para obtener unos resultados aprovechables. Existen dos tipos de termistor: NTC : coeficiente de temperatura negativo PTCcoeficiente de temperatura positivo (tambin llamadoposistor).Cuando la temperatura aumenta, los tipo PTC aumentan su resistencia y los NTC la disminuyen.Figura 4: Termistor tipo perla

Fig. 5: Termistor tipo SMD

Fig. 6: Termistor tipo disco

Fig. 7: Termistor tipo axial

Fig. 8: Sonda de medida

Albert Paul Malvino (2000).Principios de Electrnica. Mc Graw Hill

3.- SENSORES IC Los sensores de circuitos integrados resuelven el problema de la linealidad y ofrecen altos niveles de rendimiento. Son, adems, relativamente econmicos y bastante precisos a temperatura ambiente. Sin embargo, los sensores de IC no tienen tantas opciones de configuraciones del producto o de gama de temperaturas, y adems son dispositivos activos, por lo que requieren una fuente de alimentacin. Los sensores de IC forman parte de la tendencia hacia los "sensores inteligentes", que son unos transductores cuya inteligencia incorporada facilita las actividades de reduccin y anlisis de datos que el usuario debe realizar normalmente en el sistema de adquisicin de datos.

Fig. 9: Sensores IC Caractersticas Son relativamente econmicos Son bastante precisos a temperatura ambiente. no tienen tantas opciones de configuraciones del producto o de gama de temperaturas son dispositivos activos por lo que requieren una fuente de alimentacin.

5.- TERMOPARESUntermopartambin llamadotermocople, es untransductorformado por la unin de dosmetalesdistintos que produce una diferencia de potencialmuy pequea que es funcin de la diferencia detemperaturaentre uno de los extremos denominado punto caliente o unin caliente o de medida y el otro llamado punto fro o unin fra o de referencia (efecto Seebeck).Un termopar es un dispositivo capaz de convertir la energa calorfica en energa elctrica su funcionamiento se basa en los descubrimientos hechos por Seebeck en 1821 cuando hizo circular corriente elctrica en un circuito, formado por dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a diferentes temperaturas.El diagrama inferior muestra un termopar del tipo K, que es el ms popular:

Fig. 10 Termopar tipo K

Los termopares se utilizan extensamente, ya que son probablemente los sensores de temperatura ms extendidos ofreciendo una gama de temperaturas mucho ms amplia Caractersticas Su construccin ms robusta No precisan alimentacin de ningn tipo Su reducido precio los convierte en una opcin muy atractiva para grandes sistemas de adquisicin de datos. Tipos Tipo K (cromel/alumel): Con una amplia variedad aplicaciones, est disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. El cromel es una aleacin deNi-Cr, y el alumel es una aleacin deNi-Al. Tienen un rango de temperatura de 200Ca +1372C y una sensibilidad 41 V/C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidacin. Tipo E(cromel/constantn[aleacin deCu-Ni]: no son magnticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el mbito criognico. Tienen una sensibilidad de 68 V/C. Tipo J(hierro/constantn): su rango de utilizacin es de 270/+1200 C. Debido a sus caractersticas se recomienda su uso en atmsferas inertes, reductoras o en vaco, su uso continuado a 800 C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rpida oxidacin que sufre el hierro por encima de 550 C; y por debajo de 0 C es necesario tomar precauciones a causa de la condensacin de vapor de agua sobre el hierro. Tipo T(cobre/constantn): ideales para mediciones entre -200 y 260C. Resisten atmsferas hmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopar de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 V/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 oxidacin de altas temperaturas, y no necesita delplatinoutilizado en los tipos B, R y S, que son ms caros.Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los ms estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 V/C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 C). Tipo B(Pt-Rh): son adecuados para la medicin de altas temperaturas superiores a 1800 C. Los tiposB presentan el mismo resultado a 0 C y 42 C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando as su uso a temperaturas por encima de 50 C. Tipo R(Pt-Rh): adecuados para la medicin de temperaturas de hasta 1300 C. Su baja sensibilidad (10 V/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 V/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 calibracin universal delpunto de fusindeloro(1064,43 C).Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen adems una resolucin menor. La seleccin de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.

Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido establecer tres leyes fundamentales:I. Ley del circuito homogneo.En un conductor metlico homogneo no puede sostenerse la circulacin de una corriente elctrica por la aplicacin exclusiva de calor.II. Ley de metales intermedios.Si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura A a otro punto B, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metlicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo A y B.III. Ley de las temperaturas sucesivas.La f.e.m. generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1T3es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1T2de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2T3.Cmo funcionan los Termopares El comportamiento de un termopar se basa en la teora del gradiente, segn la cual los propios hilos constituyen el sensor. La Figura 11A ilustra este concepto. Cuando se calienta uno de los extremos de un hilo, le produce una tensin que es una funcin del (A) el gradiente de temperatura desde uno de los extremos del hilo al otro, y (B) el coeficiente de Seebeck, una constante de proporcionalidad que vara de un metal a otro. Un termopar se compone sencillamente de dos hilos de diferentes metales unidos en un extremo y abiertos en el otro (Figura 2b). La tensin que pasa por el extremo abierto es una funcin tanto de la temperatura de la unin como de los metales utilizados en los dos hilos. Todos los pares de metales distintos presentan esta tensin, denominada tensin de Seebeck en honor a su descubridor, Thomas Seebeck.

Fig. 11a

Fig. 11 bEn pequeas gamas de temperaturas, los coeficientes de Seebeck de los dos hilos son constantes y la tensin de Seebeck es, por consiguiente, proporcional, pero en gamas ms grandes, el propio coeficiente de Seebeck es una funcin de la temperatura, convirtiendo la tensin de Seebeck en no lineal. Como consecuencia, las tensiones del termopar tambin tienden a ser no lineales. Temperatura relativa frente a temperatura absoluta Los RTD, termistores y sensores de IC miden todos ellos temperaturas absolutas, pero el termopar mide solamente temperaturas relativas, y el motivo resulta obvio cuando pensamos en la conexin de un termopar a un voltmetro o a un sistema de adquisicin de datos. Supongamos que estamos utilizando un termopar Tipo J, que es el ms normal y consiste en un hilo de hierro y otro de constante (una aleacin con un 45% de nquel y un 55% de cobre). Qu ocurrir cuando conectemos los dos hilos conductores de prueba, que probablemente sean de cobre? Que crearemos otros dos termopares (Figura 12), cada uno de los cuales aportar una tensin al circuito, con lo que tendremos tres termopares y tres temperaturas desconocidas. La solucin clsica a este dilema consiste en aadir un termopar opuesto y una unin de referencia a una temperatura conocida (Figura 13). En este ejemplo, el termopar opuesto es otra unin de cobre y hierro equivalente a la unin de cobre y hierro que hemos creado al aadir un hilo conductor de cobre al hilo conductor de hierro del termopar "real". Estas dos uniones, si estn aisladas en un bloque isotrmico (temperatura constante), se anularn mutuamente. Ahora tenemos slo dos uniones, la unin original del termopar (Tx) y la de referencia (Tref) que acabamos de aadir. Si conocemos la temperatura de la unin de referencia, podremos calcular Tx. (Muchos sistemas de adquisicin de datos y muchos voltmetros que efectan medidas con un termopar realizan este clculo de forma automtica.) Lamentablemente, la naturaleza de la temperatura dificulta un poco las cosas en este caso, ya que hay muy pocos puntos de referencia prcticos y econmicos para la temperatura. Los puntos de congelacin y ebullicin del agua, a 0 y a 100 C respectivamente, son prcticamente los nicos asequibles que nos ofrecen la Madre Naturaleza. Una forma habitual de determinar la temperatura de Tref es introducir fsicamente la unin en un bao de hielo, forzando la temperatura a 0 C. De hecho, todas las tablas de termopares utilizan un bao de hielo como referencia.

Figura 12

Figura 13

El enfoque del bao de hielo ofrece lecturas exactas, pero no es precisamente el accesorio ms indicado para un sistema de adquisicin de datos y, adems, seguimos teniendo que conectar dos termopares. El primer paso hacia la simplificacin es eliminar el bao de hielo. Si medimos Tref con un dispositivo de medida de temperaturas absolutas (como por ejemplo un RTD) y compensamos el resultado matemticamente, no tenemos necesidad de forzarlo a 0 C. El siguiente paso es eliminar el segundo termopar (Figura 14). Ampliando el bloque isotrmico para incluir Tref, ajustamos la temperatura del bloque isotrmico a Tref (puesto que los otros dos termopares del bloque siguen anulndose mutuamente).

Figura 14La determinacin de Tref es cuestin de medir la temperatura del bloque isotrmico con el RTD o con otro cualquier dispositivo de medida de temperaturas absolutas. Tref es una de las dos cantidades que necesitamos conocer para calcular Tx. La otra es V, que medimos con el sistema de adquisicin de datos (o voltmetro). Aplicando la frmula V = (Tx Tref), podemos calcular tensiones equivalentes para los dos valores de temperatura y a continuacin restar para determinar el valor de Tx. En realidad, no queremos hacer el clculo nosotros mismos, ya que el coeficiente no lineal de Seebeck convierte esta tarea en un trabajo rutinario. Como hemos dicho anteriormente, los voltmetros y los sistemas de adquisicin de datos que efectan medidas con termopares se encargan a menudo de realizar el clculo. A propsito, los coeficientes de Seebeck y las tensiones de salida resultantes son nmeros pequeos (ver la Tabla 2), por lo que resulta difcil medir con exactitud tanto los niveles absolutos como los cambios relativos. En este punto el ruido elctrico puede alterar la precisin de las medidas de temperatura. El acoplamiento magntico y electrosttico se reduce utilizando cable de par trenzado, reduciendo al mnimo la longitud de los hilos conductores y permaneciendo alejado de campos magnticos y elctricos intensos. Por ltimo, pero no por ello menos importante, se necesita instrumentacin capaz de realizar medidas de bajo nivel limpias.

Coeficiente de SeebeckTipo de Termopara 0 Ca 100 CTensin de salida a 100 C

B-0,25 V/C0,90 V/C0,033 mV

E58,7 V/C67,5 V/C6,32 mV

J50,4 V/C54,4 V/C5,27 mV

K39,5 V/C41,4 V/C4,10 mV

S5,40 V/C7,34 V/C0,65 mV

Tabla1. Coeficientes de Seebeck y tensiones de salida para los termopares utilizados habitualmente. Las dos cifras que representan los coeficientes para cada uno de los tipos muestran la no linealidad a travs de una amplia gama de temperaturas.Un asunto adicional muy importante en el uso de termopares en la industria tiene que ver con la variacin de la temperatura ambiente en las uniones fras. Esta es la situacin: si supiramos de antemano la temperatura de las uniones fras, entonces en lugar de relacionar la lectura del voltmetro con la diferencia de temperatura, se podra relacionarla con la temperatura de la unin caliente misma. Esto sera posible pues podramos construir las tablas de temperatura contra voltaje para que reflejaran el hecho de que las uniones fras estn a una cierta temperatura de referencia (como se le denomina) conocida.Datos Tcnicos de Referencia de las Termocuplas

Thermocouple Type Names of Materials Useful Application Range (F )mV

B Platinum30% Rhodium (+) Platinum 6% Rhodium (-) 100 3270 0.007-13.499

C W5Re Tungsten 5% Rhenium (+)W26Re Tungsten 26% Rhenium (-)3000-4200 -

E Chromel (+) Constantan (-) 32 18000 75.12

J Iron (+) Constantan (-) -300 1600-7.52 50.05

K Chromel (+) Alumel (-) -300 2300-5.51 51.05

N Nicrosil (+) Nisil (-) 1200-2300 -

R Platinum 13% Rhodium (+) Platinum (-) 32 - 29000 18.636

S Platinum 10% Rhodium (+) Platinum (-) 32 - 28000 15.979

T Copper (+) Constantan (-) -300 750-5.28 20.80

Cdigos de color de los TermocuplasEl alambrado de las termocuplas esta codificado dependiendo del tipo. Diferentes pases utilizan cdigos diferentes para los colores. Los cdigos ms comunes son:.

United States ASTM:

British BS1843: 1952:

British BS4937: Part 30: 1993:

French NFE:

German DIN:

Foto celdas y Dispositivos FotoelctricosLas Fotoceldas son pequeos dispositivos que producen una variacin elctrica en respuesta a un cambio en la intensidad de la luz. Las fotoceldas pueden clasificarse como fotovoltaicas o fotoconductivas.Una celda fotovoltaica es una fuente de energa cuyo voltaje de salida vara en relacin con la intensidad de la luz en superficie. Una celda fotoconductiva es un dispositivo pasivo, incapaz de producir energa. Su resistencia vara en relacin con la intensidad de la luz en su superficie. Industrialmente, las aplicaciones de las fotoceldas caen en dos categoras generales:1. Deteccin de la presencia de un objeto opaco. a. La deteccin puede hacerse en una base de todo o nada, en la que el circuito de la fotocelda tiene solo dos estados de salida que representan la presencia o la ausencia de un objeto. Este es el tipo de deteccin usada para contar las partes que viajan por una banda transportadora, o para evitar la operacin de un mecanismo si las manos del operador no estn fuera de la zona de trabajo. b. La deteccin puede hacerse en una base continua, teniendo el circuito de la fotocelda una salida continuamente variable que representa la posicin variable del objeto. Este es el tipo de deteccin usada para "observar" la orilla de una tira de material en movimiento para evitar que se desve demasiado de su posicin adecuada. La ventaja principal de las fotoceldas sobre otros dispositivos de deteccin es que no se requiere ningn contacto fsico con el objeto en deteccin. 1. Deteccin del grado de translucidez (capacidad de pasar luz) o el grado de luminiscencia (capacidad de generar luz) de un fluido o un slido. En estas aplicaciones, el proceso siempre ha sido dispuesto de manera que la translucidez o luminiscencia representen una variable de proceso importante. Algunos ejemplos de variables que pueden ser medidas de esta manera son densidad, temperatura y concentracin de algn compuesto qumico especfico (monxido de carbono, dixido de carbono, agua, etc.).Aplicaciones En el siguiente informe se comparan los cuatro tipos ms corrientes de transductores de temperatura que se usan en los sistemas de adquisicin de datos: detectores de temperatura de resistencia (RTD), termistores, sensores de IC y termopares. La eleccin de los transductores de temperatura adecuados y su correcta utilizacin puede marcar la diferencia entre unos resultados equvocos y unas cifras fiables. Los termopares son los sensores ms utilizados pero normalmente se usan mal. Por eso vamos a dedicar una atencin especial a estos dispositivos. Una vez conocido la forma en que operan cada tipo de transductor de temperatura se analizaran las especificaciones tcnicas de los mismos (de manera comercial) para determinar cules son los factores ms importantes a considerar para la eleccin de los mismos.

5.- PIRMETROS DE RADIACINLos Pirmetros de radiacin se fundan en la ley de Stefan Boltzmann, que dice que la intensidad de energa radiante emitida por la superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir, W=KT4. En la figura se representa el grfico de la energa radiante de un cuerpo a varias temperaturas en funcin de la longitud de onda. Desde el punto de vista de medicin de temperaturas industriales, las longitudes de onda trmicas abarcan desde 0.1 micras para las radiaciones ultravioletas, hasta 12 micras para las radiaciones infrarrojas.Los pirmetros de radiacin miden, pues, la temperatura de un cuerpo a distancia en funcin de su radiacin. Los instrumento que miden la temperatura de un cuerpo en funcin e la radiacin luminosa que ste emite, se denominan pirmetros pticos de radiacin parcial o pirmetros pticos y los que miden la temperatura captando toda o una gran parte de la radiacin emitida por el cuerpo, se llaman pirmetros de radiacin total.

6.- PIROMETROS PTICOSLos pirmetros pticos manuales se basan en la desaparicin del filamento de una lmpara al compararla visualmente con la imagen del objeto enfocado. Pueden ser de dos tipos:a. De corriente variable en la lmpara. b. De corriente constante en la lmpara con variacin del brillo de la imagen de la fuente. Los pirmetros pticos automticos son parecidos a los de radiacin infrarrojos y consisten esencialmente en un disco rotativo que modula desfasadas la radiacin del objeto y la de una lmpara estndar que inciden en fototubo multiplicador. Este enva una seal de salida en forma de onda cuadrada de impulsos de corriente continua que coinciden en brillo la radiacin del objeto y la de la lmpara. En este momento la intensidad de corriente que pasa por la lmpara es funcin de la temperatura.El factor de emisin de energa radiante depende mucho del estado de la superficie del cuerpo emisor; para un metal como el cobre pasa de 0,10 a 0,85 si el metal perfectamente cuenta con el valor de absorcin de la superficie.

7.- PIRMETROS DE RADIACIN TOTALEl pirmetro de radiacin total est formado por una lente de pyrex, silice o fluoruro de calcio que concentra la radiacin del objeto caliente en una termopila formada por varios termopares de Pt-Pt/Rd de pequeas dimensiones y montado en serie. La radiacin est enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares.La f.e.m. que proporciona la termopila depende de la diferencia de temperaturas entre la unin caliente (radiacin procedente del objeto enfocado) y la unin fra. Esta ltima coincide con la de la caja del pirmetro es decir, con la temperatura ambiente. La compensacin de este se lleva a cabo mediante una resistencia de nquel conectada en paralelo con los bornes de conexin del pirmetro.La compensacin descrita se utiliza para temperaturas ambientes mximas de 120C. A mayores temperaturas se emplean dispositivos de refrigeracin por aire o por agua, que disminuyen la temperatura de la caja en unos 10 a 40C por debajo de la En la medicin de bajas temperaturas la compensacin se efecta utilizando adems una resistencia termosttica adicional que mantiene constante la temperatura de la caja en unos 50C, valor que es un poco ms alto que la temperatura ambiente que pueda encontrarse y suficientemente bajo como para no reducir apreciablemente la diferencia de temperaturas til. El pirmetro puede apuntar al objeto bien directamente, bien a travs de un tubo de mira abierto (se impide la llegada de radiacin de otras fuentes extraas) o cerrado (medida de temperatura en baos de sales para tratamientos trmicos, hornos).

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA RTDTermistorSensor de ICTermopar

Ventajas Ms estable. Ms preciso. Ms lineal quelos Termopares. Alto rendimiento Rpido Medida de dosHilos El ms lineal El de ms alto rendimiento Econmico Autoalimentado Robusto Econmico Amplia variedad de formas fsicas Amplia gama de temperaturas

Desventajas Caro. Lento. Precisa fuente dealimentacin. Pequeo cambiode resistencia. Medida de 4 hilos Autocalentable No lineal. Rango deTemperaturaslimitado. Frgil. Precisa fuente dealimentacin. Autocalentable Limitado a< 250 C Precisa fuente de alimentacin Autocalentable Configuracioneslimitadas No lineal Baja tensin Precisa referencia El menos estable El menos sensible

2.8 CONCLUSIONES

Los transmisores de temperatura son los dispositivos con los cuales se puede convertir la variacin de valor hmico de un sensor trmico en una seal proporcional de corriente. Los transductores de temperatura transforman la magnitud fsica de temperatura en una seal elctrica normalizada que se transfiere a un controlador. Esto permite alcanzar valores mximos y mnimos respecto a resultados y controlar los estados de encendido/apagado Los transductores de temperatura ms utilizados en los sistemas de adquisicin de datos son: detectores de temperatura de resistencia (RTD), termistores, sensores de IC y termopares. Los transductores de temperatura se emplean tanto en el sector de calefaccin, ventilacin o climatizacin, o cualquier otro lugar donde es necesario controlar la temperatura en un proceso de produccin. El rango de temperatura medida ms comn se da en K o a su vez en C, esta condicin vara segn el tipo de transmisor.

2.9 REFERENCIAS Bibliogrficas:

Anatychuk y Lukian:Physics of thermoelectricity. Institute of Thermoelectricity, 1998. Creus, Antonio:Instrumentacin industrial. Egli, P. H.:Thermoelectricity. John Wiley and Sons. 1960. Ernest, E.:Sistemas de medicin e instrumentacin.