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Sensores Industriales
SENSORES DE TEMPERATURA
Calor Sensib le
Escalas de Temperatura
Son inst rumentos
esp ecialmente di seado s
para detectar esta
man ifes tac in energtica y
co nv ert ir la en una seal
elct ri ca rep res en tat iv a.
m
Calor Ganado o Perdido
por un cuerpo
RA Grados Reaumur
R Grados Rankine
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Sensores Industriales
Termopares
El Efecto Seebeck
eAB = Voltaje Seebeck
Termopar del tipo KE
J
K
R
S
T
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Termopar_tipo_K_%28diagrama_simple%29-LMB.png -
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Sensores Industriales
Medicin prctic a de temperatura u ti l izand o termopares
Voltmetro
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Sensores Industriales
Leyes Em pricas de los Termopares
Ley de los Metales Intermedios
Ley de las Temperaturas Interiores
Un tercer metal insertado entre otros
dos m etales diferentes no tendr
ningn efecto s obre la diferencia de
potencia de salida, siempre que las dos
uniones form adas por el m etal adic ionalse encuentren a la misma temperatura.
Una unin formada con do s metales
igu ales n o g enerar diferen cia d e
potencial algun a, ello sin im portar el
grado de calor apl icado desde una
fuente externa.
I. Ley de los Metales Intermedios.
II. Ley de los Metales Homogneos o
Ley de las Temperaturas Interiores
I. Ley de las Temperaturas Sucesivas.
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Sensores Industriales
Ley de los Metales Insertados
Leyes Empricas de los Termop ares
Un co ndu ctor de un metal dismil inserto dentro de otro
condu ctor diferente no generar una diferencia de po tencial
que altere la diferencia de potencial de salida, siempre y
cuando ambas un iones se encuentren a la mism a temp eratura.
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Sensores Industriales
Termopares
ALEACIONES
DE TERMOELEMENTOS
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Sensores Industriales
Caractersticas de los Termopares
Termopar
designacin
americana
Composicin. Intervalo
de
utilizacin
f. e. m.
m V/C
Utilizacin
Tipo S. Pt Puro.
Pt 90%; Rh 10%
800 a
1600C.
0,010. En atmsfera oxidantes.
En atmsferas normales protjase con
tubo de acero.
Tipo R. Pt Puro.
Pt 87%; Rh 13%.
800 a
1600 C.
0,012. En atmsfera oxidantes.
En atmsferas normales protjase con
tubo de acero.
Tipo T. Cu Puro.
Cu 54%; Ni 46%.
-250 a
600C.
0,052. En atmsferas oxidantes y reductoras.
Elevada resistencia a la corrosin.
Tipo E. Ni 90%; Cr 10%.
Cu 54%; Ni 46%.
300 a
1000C.
0,042. Elevada resistencia a la corrosin.
Tipo K. Ni 90%; Cr 10%.
Ni 90%; Al 4%.
Si 2,5%; Mn 3,5%.
500 a
1250C.
0,04. En atmsferas oxidantes.
Tipo J. Fe puro.
Cu 54%; Ni 46%.
-250 a
1000C.
0,055. En atmsferas con poco oxgeno libre.
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Sensores Industriales
Tipos de Termopares
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Sensores Industriales
Bajo costo y en una variedad de sondas.
Calibracin sin recubrimiento hasta 1100C.
Con recubrimiento hasta 1260C.
Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%
Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2%
F.E.M. producida: -6,458 mV/C a 48,838 mV/C
Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mecnico.
Existen cambios qumicos asociados que se presentan durante su empleo (descalibracin).
Termopar Tipo K
Descomposicin Verde: oxidacin preferentemente del cromo sobre el Nquel en el exterior delelemento positivo, el cual se convierte entonces en negativo. Esto reduce la sensibilidad.
El ataque del azufre sobre el elemento negativo lo convierte en quebradizo.
Tanto el efecto de fragilidad del azufre, como la descomposicin verde se pueden reducir con elempleo de tubos limpios protectores libre de grasa.
En los termopares compactados, debido al cemento de oxido mineral, los alambres funcionan enuna atmsfera neutra incluso aunque la vaina del par compactado se exponga al hidrgeno o aotro tipo de atmsfera reductora.
Se recomienda en atmsferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre 500 y 150C.
No debe ser utilizado en atmsferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con untubo de proteccin (evitarse hidrgeno, monxido de carbono u otros gases fuertementereductores).
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Sensores Industriales
Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el mbito criognico gracias a su sensibilidad.
Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%
Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%
F.E.M. producida: -9,835 mV/C a 76,373 mV/C (la mayor).
Puede usarse en vaco o en atmsfera inerte o medianamente oxidante o reductora.
Termopar Tipo E
Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las combinaciones de metal base debido asu 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
ms modernos.
F.E.M. producida: -8,096 mV/C a 42,919 mV/C.
Adecuado en atmsferas con escaso oxigeno libre. la oxidacin de el hilo de hierro aumentarpidamente por encima de 550C, siendo necesario un mayor dimetro del hilo hasta unatemperatura limite de 750C.
Termopar Tipo J
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Sensores Industriales
Termoelemento positivo: Cu 100%
Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45%
F.E.M. producida: -6,258 mV/C a 20,872 mV/C.
Temperatura mxima limitada por la oxidacin del cobre por encima de 371C.
Se debe evitar atmsferas en donde estn presentes amonaco, perxido de hidrgeno, azufre fundido,
sulfuro de hidrgeno y anhdrido sulfuroso con un RH de 65% o mayor.
El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la corrosin por humedad atmosfrica o condenacin y
puede utilizarse en atmsferas oxidantes o reductora.
Termopar Tipo T
Termoelemento positivo: Ni84,4%, Cr14,2%, Si1,4%
Termoelemento negativo: Ni95,45% Si4,40%, Mg0,15%
F.E.M. producida: -4,345 mV/C a 47,513 mV/C.
Adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a laoxidacin de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que sonms caros.
Termopar Tipo N
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Sensores Industriales
Los pares de calibracin S se utilizan para medidas de temperatura industrial y como patrones primarios. Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10%
Termoelemento negativo: Pt100%
F.E.M. producida: -0,236 mV/C a 18,693 mV/C.
Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 C, pero su baja sensibilidad y su elevado preciolo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general.
Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibracin universal del punto de fusin del oro(1064,43 C).
Excelente resistencia a la oxidacin.
Nunca deben insertarse directamente en tubos de proteccin metlicos, pero s en tubos con proteccin decermica. Fabricado con almina (Al2O3) de alto contenido de pureza.
Para temperaturas superiores a 1500C se utilizan tubos de proteccin de platino.
Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas inferiores a 0C.
Por encima de 1400C ocurre crecimiento de granulaciones que los dejan quebradizos.
Las atmsferas con gases reductores como el hidrgeno atacarn al termopar.
Gran aceptacin en las aplicaciones industriales de alta temperatura debido a su elevado poder termoelctrico enestas condiciones.
Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%.
Termoelemento negativo: Pt100%.
F.E.M. producida: -0,226 mV/C a 21,101 mV/C.
Adecuados para la medicin de temperaturas de hasta 1.300 C. Su baja sensibilidad (10 V/C) y su elevadoprecio quitan su atractivo.
Excelente resistencia a la oxidacin.
Las atmsferas con gases reductores como el hidrgeno atacarn al termopar.
Termopar Tipo S
Termopar Tipo R
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Sensores Industriales
Utilizado en la industria para temperaturas ms elevadas ya que con la aleacin de Pt-Rh selogra que su temperatura de fusin se eleve y por lo tanto puede emplearse hasta temperaturasmayores.
Termoelemento positivo: Pt70,4%, Rh29,6%.Termoelemento negativo: Pt93,9%, Rh6,1%.
Adecuados para la medicin de altas temperaturas superiores a 1.800 C.
F.E.M. producida: 0,000 mV/C a 13,820 mV/C.
Presentan el mismo resultado a 0 C y 42 C.
Excelente resistencia a la oxidacin.
Las atmsferas con gases reductores como el hidrgeno atacarn al termopar.
Otro contaminador que afecta a la calibracin atacando al par es el slice.
El slice se encuentra en todos los tubos de carburo de silicio, tubos y aisladores de silimanita,que son los mas comnmente usados con esta clase de pares por su economa.
Para evitar el ataque de atmsferas reductoras y contaminacin del Slice en el extremo mas altode la gama de temperaturas, deben utilizarse tubos protectores de Alminia recristalizada yvitrificada entre el 97 y 99% de Alumina Pura.
Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza con suficiente "espacio para respiracin.
Termopar Tipo R, S y B
Termopar Tipo B
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Sensores Industriales
TIPOS DE TERMOPARES
Los termopares tipo R, S y E se emplean en atmsferas oxidantes y temperaturas de trabajo de
hasta 1500C. Si la atmsfera es reductora, el termopar debe protegerse con un tubo cermico
estanco.
El material del tubo de proteccin 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...
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Sensores Industriales
Curvas Caractersticas Termopares
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Sensores Industriales
Cables de Extensin y Compensacin
Tipos:
-Cables de Extensin para Termopares
-Cables de Compensacin para TP
-Cables de Compensacin para RTDs
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Sensores Industriales
Cables de Extensin y Compensacin
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Sensores Industriales
Tabla de Colores
Termopares
Cables de Extensin
Cables de Compensacin
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Sensores Industriales
Cdigo de Colores
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Sensores Industriales
Cpsulas
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Sensores Industriales
Transm isores de temperatura para Termopares
Calibradores
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Sensores Industriales
RTDsResistance Temperature Detectors
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Sensores Industriales
RTDsResistance Temperature Detectors
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Sensores Industriales
150.0
138.5
100.0
050.0 100.0
R (Ohms)
T (C)
R = 0.385*T + 100
RTDsResistance Temperature Detectors
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Sensores Industriales
RTDsResistance Temperature Detectors
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Sensores Industriales
Termopozos (Thermowel ls )
Un thermowell o pozo
trmico, constituye un sistema
de montaje o proteccin para
sensores de temperatura de
tipo RTD, termopar o termistor.
Protege el bulbo -.Los termopozos correctos reducirn la
posibilidad de dao al instrumento de temperatura que puede
causarse por la presin, corrosin, velocidad del fluido, flujo
abrasivo ,etc. Adems este instrumento nos permite retirar el
sensor para reemplazo o mantenimiento sin cerrar o detener el
proceso
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Sensores Industriales
Termistores
1. Mezcla de xidos en polvo comprimidos
2 y 3. Electrodos de contacto
4 y 5. Terminales de conexin
6. Cpsula o recubrimiento epxico
Un termistor es un semiconductor que vara el valor de su
resistencia elctrica en funcin de la temperatura. Existen dos
clases de termistores: NTC y PTC.
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Sensores Industriales
Term isto res NTC y PTC
Termistor NTC
Un Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida
que aumenta la temperatura. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo
semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rpidamente con la
temperatura.
Se emplean en su fabricacin xidos semiconductores de nquel, zinc, cobalto, etc.
La relacin entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial:
Donde A y B son constantes que dependen del termistor.
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Sensores Industriales
Termistor PTC (Posit ive Temperature Coeff icient)
Es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida
que aumenta la temperatura.
Apl icaciones: restringidas a un determinado margen de
temperaturas: limitacin de corriente, sensor de temperatura,
desmagnetizacin y para la proteccin contra el recalentamientode equipos tales como motores elctricos, en indicadores de nivel,
para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como
resistores de compensacin.
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.
Term isto res NTC y PTC
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Sensores Industriales
Pirmetros
Pirmetros
Los pirmetros son aparatos idneos para realizar mediciones de precisin de temperaturas sincontacto. Gracias a su mecanismo ptico, estos pirmetros son una herramienta segura paramedir temperaturas con precisin. Los pirmetros infrarrojos estn especialmente indicados paraaplicaciones en las que no se pueden utilizar los sensores convencionales. Este es el caso deobjetos en movimiento o lugares de medicin donde se requiere una medicin sin contactodebido a posibles contaminaciones u otras influencias negativas.
Daniel Gamero Paz