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Introduccin a la Instrumentacin

Medida de Temperaturas

Fsica Calor 1 Temperatura

Que es Temperatura?La temperatura es una propiedad fsica o magnitud que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto, de un sistema o del ambiente. La temperatura est relacionada con la energa interior de los sistemas termodinmicos, de acuerdo al movimiento de sus partculas.

Fsica Calor 1 Temperatura2TemperaturaTermodinmicamente se habla de la velocidad promedio o la energa cintica (movimiento) de las partculas de las molculas, siendo de esta manera, a temperaturas altas, las velocidad de las partculas es alta, en el cero absoluto (0K) las partculas no tienen movimiento.

Fsica Calor 1 Temperatura3Unidades de Temperatura

Medidas de temperatura:

Fsica Calor 1 TemperaturaUnidades AbsolutasKelvin (sistema internacional): se representa por la letra K y no lleva ningn smbolo "" de grado. Fue creada por William Thomson, sobre la base de grados Celsius, estableciendo as el punto cero en el cero absoluto (-273,15 C) y conservando la misma dimensin para los grados. Esta fue establecida en el sistema internacional de unidades en 1954.

Fsica Calor 1 TemperaturaUnidades relativas - CelsiusGrados Celsius (sistema internacional): o tambin denominado grado centgrado, se representa con el smbolo C. Esta unidad de medida se define escogiendo el punto de congelacin del agua a 0 y el punto de ebullicin del agua a 100. Esta escala la propuso Anders Celsius en 1742, un fsico y astrnomo sueco.

Fsica Calor 1 TemperaturaUnidades Relativas - FahrenheitGrados Fahrenheit (sistema internacional): este toma las divisiones entre los puntos de congelacin y evaporacin de disoluciones de cloruro amnico. As que la propuesta de Gabriel Fahrenheit en 1724, establece el cero y el cien en las temperaturas de congelacin y evaporacin del cloruro amnico en agua.

Fsica Calor 1 TemperaturaConversin de unidades

Fsica Calor 1 TemperaturaTermmetro de vidrioSon los ms conocidos. Se utilizaban los de mercurio, pero debido a la prohibicin de esta substancia por su peligrosidad, han sido sustituidos por los de alcohol coloreado. La temperatura se obtiene de ver en una escala marcada en el mismo termmetro hasta que nivel llega el lquido (mercurio o alcohol) que hay en su interior a causa de la dilatacin/contraccin del mismo debido al cambio de temperatura.Fsica Calor 1 TemperaturaTermmetro de vidrioLos termmetros de vidrio usan la expansin trmica para medir la temperatura. Este mtodo usa una ley fsica y es fiable. Se puede confiar en este mtodo porque se puede ver cmo funciona.

Fsica Calor 1 TemperaturaTermmetro bimetlico

El termmetro bimetlico es un instrumento utilizado para medir temperatura mediante la contraccin y expansin de dos distintas aleaciones metlicas de alto y bajo coeficiente de dilatacin.

Fsica Calor 1 TemperaturaConstitucin de los Termmetros BimetlicosLos termmetros bimetlicos estn constituidos por un tubo en cuyo interior est colocada una espiral helicoidal bimetlica. Dicha espiral est soldada por un extremo a la parte inferior del tubo y por otra a una varilla de transmisin, a su vez conectada a una aguja indicadora.

Fsica Calor 1 TemperaturaFuncionamiento de los Termmetros BimetlicosLas aleaciones metlicas, la de alto y bajo coeficiente de dilatacin, al ser expuestas a determinada temperatura, transmiten un movimiento giratorio a una aguja indicadora, es decir, las variaciones de temperatura causan que el bimetal sufra una deformacin, esta se transmite a la aguja indicadora

Los termmetros bimetlicos usan la diferencia de coeficiente de expansin trmica de metales dismiles para poder determinar cul es el cambio de temperatura. ste se proporciona mediante un movimiento mecnico, o sea, por el giro de una aguja sobre una escala graduada.

Fsica Calor 1 TemperaturaEn realidad, lo que mide la temperatura en los termmetros bimetlicos es una hlice bimetlica de respuesta rpida.

Dado que el termmetro bimetlico se fabrica a partir de dos tiras de metal soldadas en fro con diversos coeficientes trmicos de expansin, stas se tuercen en funcin de la temperatura y el movimiento rotatorio se transfiere con baja friccin a la aguja indicadora.

Fsica Calor 1 TemperaturaUsos y aplicaciones de los Termmetros BimetlicosEl uso de los termmetros bimetlicos es muy extenso ya que estn diseados para resistir las condiciones de trabajo ms rigurosas, estar en contacto con fluidos de proceso agresivos o ambientes adversos. Gracias a que son ideales para medir la temperatura directamente, por tanto, las industrias que ms los emplean son:

La alimentariaDe conservacinFarmacuticaQumicaPetroqumicaPapelera

Fsica Calor 1 TemperaturaTermmetro de Bulbo y Capilar

Fsica Calor 1 TemperaturaEs el tipo determmetroque generalmente se utiliza para medir latemperaturade una sustancia u objeto, y contiene usualmente mercurio o alcohol coloreado en el bulbo (reservorio) en el extremo del termmetro.

Cuando se trata de medir la temperatura del ambiente, el termmetro de mercurio tiene mayor precisin, dado que el color blanco brillante del metal, refleja la radiacin y por lo tanto no se ve afectada por sta, cuestin que siempre afecta las mediciones con los termmetros de alcohol coloreado y puede ser muy importante cuando hay una fuente de calor potente, como el sol.Fsica Calor 1 TemperaturaTermmetro de Bulbo Hmedo

Fsica Calor 1 TemperaturaEs untermmetro de mercurioque tiene el bulbo envuelto en un pao de algodn empapado de agua, que se emplea para medir latemperatura hmeda del aire. Al proporcionarle una corriente de aire, el agua se evapora ms o menos rpidamente dependiendo de lahumedad relativadel ambiente, enfrindose ms cuanto menor sea sta, debido alcalor latentede evaporacin delagua. La corriente de aire puede darse mediante un pequeo ventiladoro poniendo el termmetro en una especie decarracapara darle vueltas.Fsica Calor 1 Temperatura

Termmetro de resistenciaLos termmetros de resistencia basan la toma de temperatura en un alambre de platino integrado dentro del termmetro. Este alambre va ligado a una resistencia elctrica que cambia en funcin de la temperatura. Es un termmetro que es muy lento en la toma de temperatura, pero preciso. Se suele usar para tomar la temperatura del exterior.

Fsica Calor 1 TemperaturaTermmetro de resistenciaContienen un arrollamiento de un hilo muy fino del conductor adecuado protegido con un revestimiento de vidrio o 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 resistencia en ohms del conductor por cada grado que cambia su temperatura.

Fsica Calor 1 TemperaturaFsica Calor 1 TemperaturaTermistoresLos termistores son resistores variables con la temperatura basados en semiconductores. El trmino termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Existen dos tipos de termistores,dependiento de si su coeficiente de temperatura es negativo o positivo.

Fsica Calor 1 TemperaturaConfiguracionesPerla/Cristal

Disco

Chip

ArandelaFsica Calor 1 TemperaturaTermistor NTCSon resistores no lineales cuya resistencia disminuye fuertemente con la temperatura. El coeficiente de temperatura es negativo y elevado.

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Fsica Calor 1 TemperaturaTermistor PTCEl PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia en la cual su valor hmico depende de la temperatura. Tiene un coeficiente de temperatura positivo por el cual aumenta su valor hmico a medida que aumenta la temperatura.

Fsica Calor 1 TemperaturaSensores de temperatura de semiconductorEl sensor de temperatura de semiconductor dispone de funciones de transferencia que son proporcionales a la temperatura en K, C o F.

En la mayor parte de las aplicaciones, la seal de salida alimenta un comparador o un convertidor A/D para convertir los datos de temperatura a un formato digital.Fsica Calor 1 TemperaturaCaractersticas sensores de temperatura de semiconductorLos sensores desarrollados en este campo son analgicos y digitales con tensin de salida proporcional a la temperatura absoluta o a la temperatura en C o F, sensibilidad 10 mV/C y una exactitud de 1 C dentro del intervalo -55 C a 150 C. Hay analgicos con corriente de salida proporcional a la temperatura absoluta y sensibilidad de 1 A/C a 3 A/C y termostatos de -40 C a +125 C.

Fsica Calor 1 Temperatura

Fsica Calor 1 TemperaturaAplicaciones de los Sensores de temperatura de semiconductorEstos sensores iniciaron su aplicacin en la proteccin de componentes electrnicos que pueden daarse por altas o bajas temperaturas (ordenadores, disco duro del ordenador, cargadores de bateras y pantallas LCD - Liquid Cristal Display).

Fsica Calor 1 TemperaturaTermopares

Fsica Calor 1 TemperaturaUntermopartambin llamadotermocople, es untransductorformado por la unin de dosmetalesdistintos que produce unadiferencia de potencialmuy pequea (del orden de los mili voltios) que es funcin de la diferencia de temperaturaentre 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).Fsica Calor 1 TemperaturaNormalmente los termopares industriales estn compuestos por un tubo de acero inoxidableu otro material. En un extremo del tubo est la unin, y en el otro el terminal elctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal).Eninstrumentacin industrial, los termopares son usados comosensores de temperatura. Son econmicos, intercambiables, tienen conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas.Fsica Calor 1 Temperatura

Fsica Calor 1 TemperaturaCompensacin de la unin fraLa unin entre dos metales genera un voltaje que es funcin de la temperatura. Los termopares funcionan bajo este principio, el llamado efecto Seebeck. Si bien casi cualquier par de metales pueden ser usados para crear un termopar, se usa un cierto nmero debido a que producen voltajes predecibles y amplios gradientes de temperatura.Desafortunadamente no es posible conectar un voltmetro al termopar para medir este voltaje porque la conexin a las guas del voltmetro har una segunda unin no deseada. Fsica Calor 1 TemperaturaCompensacin de la unin fraPara realizar mediciones precisas se debe compensar al usar una tcnica conocida como compensacin de unin fra (CUF).La ley de los metales intermedios dice que un tercer metal introducido entre dos metales distintos de una unin de termopar no tendr efecto siempre y cuando las dos uniones estn a la misma temperatura. Esta ley es importante en la construccin de uniones de termopares. Fsica Calor 1 TemperaturaCompensacin de la unin fraEs posible hacer una unin termopar al estaar dos metales, ya que la estaadura no afectar la sensibilidad. En la prctica, las uniones termopares se realizan con soldaduras de los dos metales ya que esto asegura que el desempeo no est limitado al punto de fusin de una estaadura. Fsica Calor 1 TemperaturaCompensacin de la unin fra

Fsica Calor 1 TemperaturaCompensacin de la unin fraPor lo general, la temperatura de la unin fra es detectada por un termistor de precisin en buen contacto con los conectores de salida del instrumento de medicin. Esta segunda lectura de temperatura, junto con la lectura del termopar es usada por el instrumento de medicin para calcular la temperatura verdadera en el extremo del termopar.

Fsica Calor 1 TemperaturaCompensacin de la unin fraLa comprensin de la compensacin de unin fra es importante; cualquier error en la medicin de la temperatura de la unin fra terminar en el error de la temperatura medida en el extremo del termopar.

Fsica Calor 1 TemperaturaCircuitos galvanomtricoEl circuito galvanomtrico se basa en la desviacin de una bobina situada entre dos polos de un imn permanente, al pasar la corriente del elemento primario a su travs.El paso de esta corriente produce un campo magntico que se opone al del imn permanente, y la bobina mvil gira hasta que el par magntico correspondiente es equilibrado por el par de tensin del muelle.

Fsica Calor 1 TemperaturaCircuitos potencimetrico o digitalEl circuito potencimetrico consta de una fuente de tensin constante V que alimenta los dos brazos del circuito, con corrientes I1 e I2. El termopar T est conectado al brazo inferior E y, a travs de un miliampermetro, al restato R. La posicin R del cursor del restato R indica la temperatura del proceso cuando no pasa corriente por el miliampermetro, es decir, cuando el punto C del cursor de restato R y el punto E estn a la misma tensin.

Fsica Calor 1 TemperaturaPirmetro de RadiacinTodos los cuerpos calientes emiten una radiacin conocida como radiacin trmica que depende de gran medida de su temperatura, la mayor parte de esta radiacin no es visible al ojo humano, a su vez la intensidad depende de la radiacin emitida por el cuerpo depende de su forma y composicin qumica.Fsica Calor 1 Temperatura

Fsica Calor 1 TemperaturaFuncionamiento

El sistema ptico del pirmetro de radiacin recolecta parte de la radiacin proveniente de la superficie caliente del cuerpo y la dirige al detector, el cual convierte en una seal elctrica. El circuito electrnico en el interior del pirmetro de radiacin convierte la seal elctrica en una correspondiente temperatura de la superficie del cuerpo caliente.Fsica Calor 1 TemperaturaTipos de cuerposCuerpo NegroNo reflejan nada de energa que le llegaEmite energa y en equilibrio ser igual a la que llega.Cuerpos OpacosSon los cuerpos que no transmiten casi nada de radiacin, y en ocasiones no lo atraviesa.Cuerpo GrisTiene la misma emotividad para toda la longitud de onda modulada con respecto al cuerpo negro.Fsica Calor 1 TemperaturaPirmetros pticos de desaparicin de filamentoLos pirmetros pticos manuales aparecieron en el mercado en el ao 1900 y se basan en la desaparicin del lamento de una lmpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado.El operador vara la corriente de la lmpara hasta que el lamento de la misma deje de verse sobre el fondo del objeto caliente enfocado.El sistema ptico del pirmetro restringe el ancho de onda de 0,65 a 0,66 micras (zona roja del espectro) y dispone de filtros para reducir la intensidad de la radiacin recibida, permitiendo la medida de un amplio margen de temperaturas.Fsica Calor 1 Temperatura

Fsica Calor 1 TemperaturaPirmetros pticos de desaparicin de filamentoLos pirmetros pticos automticos son parecidos a los de la radiacin infrarroja. Comparan la radiacin emitida por el cuerpo con la emitida por una fuente de referencia controlada. Consisten, esencialmente, en un disco rotativo que expone el detector a la radiacin del objeto y a la de referencia, alternativamente. La exactitud de los pirmetros pticos es del 1% al 2%.

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Fsica Calor 1 TemperaturaPirmetro de infrarrojosCaptan la radiacin infrarroja, filtrada por una lente, mediante un sensor fotorresistivo, dando lugar a una corriente elctrica a partir de la cual un circuito electrnico calcula la temperatura. Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 C hasta valores superiores a 2mil C.

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Fsica Calor 1 TemperaturaPirmetro de infrarrojosSon utilizados en tareas de control y muestreo, produccin, diagnstico de fallas, localizacin de problemas de lubricacin y refrigeracin, sobrecarga, cortocircuitos, falsos contactos, etc.

Reducen costosos trabajos de mantenimiento y mejoran el desempeo de procesos.

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Fsica Calor 1 TemperaturaPirmetro de infrarrojosEl rango espectral infrarrojo es una porcin invisible del espectro electromagntico que se extiende desde 0.7 hasta mil micrones. Cualquier objeto cuya temperatura sea mayor al cero absoluto (0 Kelvin) emite energa dentro de este rango. Asimismo, la energa infrarroja se transmite a travs de objetos de otra fuente y se refleja en la superficie de un objeto.Fsica Calor 1 TemperaturaPirmetro Fotoelctrico

Fsica Calor 1 TemperaturaEl pirmetro fotoelctrico, al tener un detector foto elctrico, es mucho mas rpido que los sensores trmicos, pero debe mantenerse refrigerado a muy baja temperatura mediante nitrgeno liquido para reducir el nivel de ruido elctrico.La seal de salida depende de la temperatura instantnea del volumen del detector, por lo que evita los retardos inherentes al aumento de la temperatura.Fsica Calor 1 TemperaturaEl detector genera una tensin proporcional al cubo de la temperatura V=kT3El instrumento como detector foto elctrico de uso general tiene un campo de trabajo de 35 a 1200oC pudiendo enfocar desde 1m hasta infinito, posee una constante de tiempo de 2.20 o 200ms de una seal de salida de 10mv.Fsica Calor 1 TemperaturaVelocidad de respuesta de un Instrumento de TemperaturaTiempo de respuesta de un instrumento

Tiempo de respuesta de una sonda de resistencia

Fsica Calor 1 TemperaturaVelocidad de reaccin de un Termopar

Fsica Calor 1 TemperaturaTablas comparativas de caractersticas

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