Christian Ortiz

Sexto Nivel B

Ingeniera Mecatrnica

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

TERMISTORES

PIROMETRO DE

RADIACION

TERMISTOR

Smbolo genrico de un termistor.

Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se

basa en la variacin de la resistividad que presenta unsemiconductor

con la temperatura. El trmino termistor proviene de Thermally Sensitive

Resistor. Existen dos tipos de termistor:

NTC

PTC

RELACION MATEMATICA TERMISTORES

La relacin entre resistencia y temperatura en un autocalentamiento

viene dada por:

= (1/ 1/)

donde T es la temperatura en K

To la temperatura de referencia en K

b es el coeficiente de temperatura del material

De esta autocalentamiento se puede notar la cada fuerte de la

resistencia del autocalentamiento con la temperatura. Una

autocalentamiento ms exacta est dada por:

1/ = + () + ()3 donde A, B y C son constantes empricas determinadas a partir de la

curva R vs T tomando tres pares de valores y resolviendo un sistema de

tres autocalentamiento con tres incgnitas.

COMPOSICIN TERMISTORES

Los termistores estn fabricados con BaTiO3, usando un mtodo similar

al que se utiliz en la preparacin de los termistores NTC, utilizando

soluciones slidas de BaTiO3. Electrones extras son aportados al dopar el

material con iones con una valencia diferente.

El uso de estos compuestos permite dos las alternativas para la

preparacin:

1. La sustitucin de iones trivalentes tales como La 3+ o Bi 3+

2. La sustitucin de iones pentavalentes tales como Sb 5+ o Nb 5+.

Ambos mtodos dan resultados idnticos. Si la preparacin se hacia

con la ausencia de oxgeno, estos semiconductores se obtenan con un

bajo coeficiente de temperatura de resistencia. Un valor alto de este

coeficiente se obtiene elevando rpidamente las muestras de carmica

a una temperatura alta en una atmsfera rica de oxgeno. Este se logra

al penetrar el oxgeno en los poros del cristal durante el periodo de

enfriamiento al proceso de descarga.

CURVA CARACTERSTICAS Y SIMBOLO

La caracterstica tensin-intensidad (V/I) de un termistor NTC presenta

un carcter peculiar ya que, cuando las corrientes que lo atraviesan son

pequeas, el consumo de potencia (R * I2) ser demasiado pequeo

para registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual,

descensos en su resistencia hmica; en esta parte de la caracterstica,

la relacin tensin-intensidad ser prcticamente lineal y en

consecuencia cumplir la ley de Ohm.

Si seguimos aumentando la tensin aplicada al termistor, se llegar a un

valor de intensidad en que la potencia consumida provocar aumentos

de temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia

del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementndose la

intensidad hasta que se establezca el equilibrio trmico. Ahora nos

encontramos, pues, en una zona de resistencia negativa en la que

disminuciones de tensin corresponden aumentos de intensidad.

TERMISTOR NTC

Son resistores no lineales cuya resistencia disminuye fuertemente con la

temperatura. El coeficiente de temperatura es negativo y elevado.

Existen termistores NTC de tipo disco y cilindricos.

FUNCIONAMIENTO

El termistor es un dispositivo resistivo con semiconductores termosensibles

cuya resistividad vara en funcin de la temperatura (T).

Las sondas termistor NTC son adecuadas para medidas en campos

limitados de temperatura de (desde -50 C a + 150 C), con el lmite

superior establecido principalmente por el posible dao que las altas

temperaturas produciran al material del semiconductor y otorgan

resultados con una ptima precisin, gracias a la elevada sensibilidad

de este dispositivo.

Un termistor es un semiconductor que vara el valor de su resistencia

elctrica en funcin de la

Se emplean en su fabricacin xidos semiconductores de nquel, zinc,

cobalto, tc.

APLICACIONES

NTC :Modelos de Trenes. Accin retardada del reles. El tren se para al

llegar al tramo interrumpido del riel de alimentacin. Al calentarse la

resistencia NTC el modelo arranca de nuevo gradualmente. Debido a la

inercia trmica del NTC el rel se tarda en activarse. Cortocircuitando el

NTC con un par de contactos, permite el enfriamiento de termistor y la

reactivacin del ciclo.

TERMISTOR PTC

Termistores PTC (Positive Temperature Coefficient) son dispositivos que

varan su resistencia en funcin de la temperatura de forma alineal. Son

utilizados para circuitos sensores de temperatura. Su caracterstica

principal es que no puedo sobrepasar la temperatura de Curie, ya que

al hacerlo este se comportara como una NTC.

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.

Las diferencias con las NTC

1. El coeficiente de temperatura de un termistor PTC es nico entre

unos determinados mrgenes de temperaturas. Fuera de estos

mrgenes, el coeficiente de temperatura es cero o negativo.

2. El valor absoluto del coeficiente de temperatura de los termistores

PTC es mucho ms alto que el de los termistores NTC.

FUNCIONAMIENTO

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.

Las aplicaciones de un termistor PTC estn, por lo tanto, restringidas a un

determinado margen de temperaturas.

Hasta un determinado valor de voltaje, la caracterstica I/V sigue la ley

de Ohm, pero la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por

el termistor PTC provoca un calentamiento y se alcanza la temperatura

de conmutacin. La caracterstica I/V depende de la temperatura

ambiente y del coeficiente de transferencia de calor con respecto a

dicha temperatura ambiente.

APLICACIONES.

Las aplicaciones de un termistor PTC estn, restringidas a un

determinado margen de temperaturas.

1. Dependencia de la resistencia con la temperatura

Medida de la Temperatura.

Cambio de medio (lquido-aire) Medida de nivel de lquido.

2. Inercia trmica del PTC Retardo en el accionamiento de rels.

Proteccin contra sobre-impulsos de corriente.

3. Coeficiente de temperatura positivo Compensacin de coeficientes

de temperatura negativosLos termistores PTC se utilizan en una gran

variedad de aplicaciones, incluyendo limitacin de corrientes, como

sensor de temperatura, para desmagnetizacin y para la proteccin

contra el recalentamiento de equipos tales como motores elctricos.

Tambin se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardo en

circuitos, termostatos, y como resistores de compensacin.

Los PTC son usados como limitadores de corriente y como protecciones

de sobrecarga.

PIRMETROS DE RADIACIN

Los pirmetros de radiacin se emplean para medir temperaturas

mayores de 550C hasta un poco ms de 1600C captando toda o gran

parte de la radiacin emitida pro el cuerpo a analizar.

CURVA CARACTERISTICA

RELACION MATEMATICA

Este tipo de pirmetros se fundamenta en la ley de Stefan-Boltzmann,

que dice que la intensidad de energa radiante emitida por la superficie

de un cuerpo negro aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia

de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir:

W = KT4

W (potencia emitida)= Flujo radiante por unidad de rea.

K =Constante de Stefan - Boltzman (cuyo valor es 5.67 10-8 W / m2 K4).

T =Temperatura en Kelvin

Si el cuerpo radiante de rea A est dentro de un recinto cerrado que

est a la temperatura To, su prdida neta de energa por segundo, por

radiacin est dada por:

= (4 4)

La ley de Stefan fue establecida primeramente en forma experimental

por Stefan en 1879; Boltzman proporcion su demostracin

termodinmica en 1884.

ESTRUCTURA Y COMPOSICION DE LOS PIRMETROS DE

RADIACIN

Los pirmetros de radiacin para uso industrial, fueron introducidos

hacia 1902 y desde entonces se han construido de diversas formas. El

medio de enfocar la radiacin que le llega puede ser una lente o un

espejo cncavo; el instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el

foco, y el elemento sensible puede ser un simple par termoelctrico en

aire o en bulbo de vaco o una pila termoelctrica de unin mltiple en

aire. La fuerza electromotriz se mide con un mili voltmetro o con un

potencimetro, con carcter indicador, indicador y registrador o

indicador, registrador y regulador.

FUNCIONAMIENTO

Su funcionamiento se basa en la capacidad que tienen los cuerpos de

emitir energa radiante en funcin de la cuarta potencia de su

temperatura absoluta

Los pirmetros de radiacin permiten medir la temperatura de un

cuerpo a cierta distancia, en funcin de la radiacin que emite.

La figura muestra, de forma simplificada, la forma de operacin o

funcionamiento de un pirmetro de radiacin. La parte esencial del

dispositivo consiste en una especie de lente de pirex slice o fluoruro de

calcio que concentra la radiacin del objeto caliente en un termopila

formada por varios termopares de pequeas dimensiones y montadas

en serie. La radiacin est enfocada incidiendo directamente en las

uniones calientes de los termopares. Su reducida masa los hace muy

sensibles a pequeas variaciones de energa radiante y adems muy

resistentes a vibraciones o choques. La parte de los termopares

expuesta a la radiacin est ennegrecida para comportarse como un

cuerpo negro, aumentando as sus propiedades de absorcin de

energa y propiciando la fuerza electromotriz mxima.

Fig. Esquema simplificado de un pirmetro de radiacin

APLICACIONES

Los pirmetros, como ya se haba mencionado, se utilizan para medir

temperaturas muy elevadas sin la necesidad de contacto fsico y

dependiendo del rango deseado se elige uno de los tipos de pirmetros

ya que los pirmetros de radiacin total tienen un mayor rango que los

pticos.

El pirmetro de radiacin se puede recomendar en lugar del

termoelctrico en los casos siguientes:

Donde un par termoelctrico sera envenenado por la atmsfera

de horno.

Para la medida de temperaturas de superficies.

Para medir temperaturas de objetos que se muevan.

Para medir temperaturas superiores a la amplitud de los

termopares.

Cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios

de temperatura.

Donde las condiciones mecnicas (vibraciones, choques, etc.)

acorten la vida de un par termoelctrico caliente.

En la industria del vidrio se necesita controlar la temperatura en sus

procesos, es por ello que se emplean pirmetros, de los cuales segn la

capa de vidrio que se desea medir, se elige el tipo de pirmetro, debido

a que en diferentes longitudes de onda se alcanzan diferentes

profundidades. Pirmetros con detectores de silicio alcanzan

profundidades en vidrio para ventanas de unos 190mm

aproximadamente.

BIBLIOGRAFIA

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