Sensores de temperatura

Termometría - sensores de temperatura
Objetivo
En este experimento queremos estudiar las características básicas de algunos termómetros usuales y realizar una calibración de alguno de ellos. También se pretende estudiar la dependencia de la presión con la temperatura para un gas ideal y aprovechar esta propiedad para construir un termómetro de gas.

Introducción
A menudo la temperatura sedefine como aquella propiedad que miden los termómetros. También se introduce la temperatura basándose en alguna propiedad termométrica, por ejemplo la expansión de un líquido, un gas, la resistencia de un conductor, la tensión eléctrica generada por un par termoeléctrico (termocupla), etc. En la práctica existen numerosos tipos de sensores de temperatura o termómetros que, según la aplicaciónespecifica, pueden ser los más adecuados. En la tabla siguiente se indican algunos tipos de termómetros y sensores de temperatura usuales junto a algunas de sus características más notables.
Tipo de termómetro Termómetro de mercurio Termorresistencia (Pt, Ni, etc.) RTD (Resistance Temperature Detectors) Termocupla Rango Nominal [ºC] -10 a 300 -150 a 600 Costo Bajo Medio Linealidad Buena AltaCaracterísticas Notables Simple, lento y de lectura manual. Exactitud

-150 a 1500

Bajo

Alta

Termistor Integrado Lineal

-15 a 115

Medio Medio

No lineal Muy alta

Gas Diodos

-20 a 100 -200 a 50

Medio Bajo

Buena Alta

Requiere referencia de temperatura. Muy sensible. Fácil conexión a sistemas de toma de datos. No muy versátil Bajo costo

Física re-Creativa – S. Gil y E.Rodríguez

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Una lista más completa puede encontrarse en las referencias 1y 2. En los experimentos propuestos se busca estudiar y calibrar alguno de ellos.

I Actividad 1
Experimento para estudiar la variación de resistencia de un metal con teperatura Una posible disposición experimental para estudiar la variación de la resistencia eléctrica, R, con la temperatura, T, se muestraesquemáticamente en la Figura 1. Consiste en colocar la resistencia en un medio líquido poco o no conductor (por ejemplo aceite de transformador o agua destilada, la idea es que la resistencia a medir sea mucho menor que la resistencia del medio líquido) que puede calentarse usando un calefactor y algún dispositivo para medir la temperatura (un termómetro, termocupla, etc.). El baño líquido sirve parauniformizar la temperatura y dar más inercia térmica al sistema. Un modo simple para medir R consiste en usar directamente un óhmetro.

Figura 1. Dispositivo experimental para medir la variación de la resistencia con la temperatura. El baño térmico (termostato) consiste en un recipiente con un líquido de poca conductividad eléctrica. Se requiere de un termómetro y un multímetro (en modo óhmetro) paramedir la resistencia R como función de la temperatura.

Estudie experimentalmente la variación de R con T para uno de los dos elementos siguientes: a) Metal puro: Realice este estudio para algún metal puro, por ejemplo cobre. Para ellos construya un arrollamiento de unos 5 a 10 m de alambre esmaltado de diámetro entre 0.1 y 0.2 mm. Si lo prefiere puede usar un RTD (Resistance Temperature Detector),que son resistencias de Pt de valor bien conocido y cuyo

Física re-Creativa – S. Gil y E. Rodríguez

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coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura está dado por el fabricante. Para rangos no muy grande de temperatura la variación de R con T es lineal:

R (T ) = R0 ⋅ (1 − α ⋅ (T − T0 ))

(1)

Para esta experimento se puede usar un óhmetro para medir la resistencia yun termómetro convencional, bien calibrado, para medir la temperatura.

Ø Ø

Grafique la resistencia del alambre (o RDT) como función de la temperatura. Obtenga el coeficiente de variación de R con la temperatura, α , y compare su valor con los de tabla.

b)

Termistor: Estos dispositivos semiconductores son muy usados en la práctica para medir temperaturas por su bajo costo y...