Instrumentos y Sensores

Tecnología del Control
Sensores
Acondicionamiento de señal
Actuadores

Carlos Bordóns Alba
Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática
Septiembre 2000

Sensores de Temperatura
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Termómetros de dilatación
T. de vidrio
T. de bulbo
T. bimetálicos

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Termómetros sensibles a la resistencia
– T. de resistencia metálica
– Termistores

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Termopares
Métodos sin contactoPirómetros ópticos
Pirómetros de radiación total
Pirómetros de dos colores

Dilatación
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Termómetros de vidrio
– Indican la Tª como diferencia entre el coeficiente
de dilatación del vidrio y del líquido empleado.
– Los más comunes son: Mercurio: (-37º C, 315ºC),
Mercurio con gas inerte (N2): (-37ºC, 510ºC),
Alcohol: hasta -62ºC
– Precisión 1% del rango.

4

Termómetros de bulbo
–La variación de Tª produce la expansión o
contracción del fluido lo que deforma el recinto que
lo contiene.
– La deformación es apreciada por un muelle
Bourdon y transmitida a un indicador o transmisor
– Rango: (-40ºC a +425ºC)
– Precisión: 1%

Termómetros bimétalicos
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Constan de dos láminas metálicas con diferente
coeficiente de dilatación, unidas sólidamente porsus extremos.
Muy usados como termostatos
Cuando por efecto de la Tª se dilatan, se deforman
produciendose un desplazamiento mecánico cuya
fuerza se emplea para mover una aguja indicadora
o activar un mecanismo de control.
Helicoidales
Rango: 0 a 500ºC
Precisión: 1%

T. de resistencia metálica. RTDs
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Se basan en que la resistencia eléctrica de metales puros aumenta
con laTª. En algunos de forma casi lineal.
Este principio proporciona una forma muy precisa de medir.
Se necesita un material:
–
–
–
–
–

resistente a la corrosión y ambientes hostiles
comportamiento lineal
alta sensiblidad
fáciles de fabricar
estables

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Pt y Ni

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Importante la instalación

T. de resistencia metálica (2)
Rango: (platino) -200ºC a +500ºC
• Precisión: 0.2%
•PT100. Sensiblidad 0.385 ohmios/ºC
• Para medir la variación de resistencia en el
detector se usan circuitos basados en el puente de
Wheatstone

•

Puente de Wheatstone

Conexión a tres hilos

Termistores
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NTC (Negative Temperature Coefficient)
Semiconductores o cerámicos
Alta sensibilidad 100 ohmios/grado (la PT100: 0.385
ohmios por grado)
No lineal R(T) =R(T0) exp{-B(1/T-1/T0)}. Linealizar en
torno al punto de trabajo
Rango de Tª pequeño. Útil para Tª ambiente
Muy baratos y pequeños (=> menor cte. de tiempo)
Menos precisión (a veces no interesa más)
Problemas de estabilidad: hay que “envejecerlos”

Termopares
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Sensores activos. Usan el efecto Seebeck: circula una corriente
cuando dos hilos de metales distintos seunen y se calienta
uno de los extremos
Se puede medir el voltaje, que es proporcional a la diferencia
de temperaturas
Señal de salida muy baja: milivoltios. Necesita
acondicionamiento de la señal.
Sensibilidad baja: microvoltios por grado
Aguantan altas temperaturas (p.e. calderas)
Bastante lineales

Metal A
Unión
caliente

Unión fría
Metal B

Tipos de Termopares
– Termopar J:Hierro y Constatan (Cu-Ni).

Afectado por corrosión
Rango: 0ºC a +750ºC
Precisión: 0.5%

– Termopar K: Cromo y Alumel (Al-Ni).

Buena resistencia a la oxidación
Rango: 0ºC a +1.300ºC y 600ºC a 1.000ºC en atm. oxidantes
Precisión: 1%

– Termopar R: Platino y Platino-13% Rodio.
– Termopar S: Platino y Platino-10% Rodio.

Rango de medida más amplio (0ºC a +1.600ºC), pero más
caros.Precisión: 0.5%

– Termopar W: Volframio-5% Renio y Volframio-26% Renio.

Rango: 0ºC a +2.800ºC en atm. inertes o vacío.
Precisión: 1%

Medida con termopares
4 Consideración

de la unión fría
4 Vm = V(T) - V(To)
4 Establecer una rutina de medida
4 Usar cables de compensación cuando sea
necesario

Pirómetros de radiación
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Métodos sin contacto.
Se basan en...