Sensor

Tecnología del Control
! Sensores ! Acondicionamiento ! Actuadores

de señal

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.

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Termómetros de bulbo
– Lavariación 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 por sus 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 la Tª. En algunos de forma casilineal. 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 Importante la instalación

T. de resistencia metálica (2)
Rango: (platino) -200ºC a +500ºC • Precisión: 0.2% • PT100. Sensiblidad 0.385 ohmios/ºC • Para medirla 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 trabajoRango 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 se unen y se calienta uno de los extremos Se puede medir el voltaje, que esproporcional 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 Metal B Unión fría

Tipos de Termopares
– Termopar J: Hierro y Constatan (Cu-Ni).
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– Termopar K: Cromo y Alumel (Al-Ni).
x x xAfectado por corrosión Rango: 0ºC a +750ºC Precisión: 0.5%

– Termopar R: Platino y Platino-13% Rodio. – Termopar S: Platino y Platino-10% Rodio.
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Buena resistencia a la oxidación Rango: 0ºC a +1.300ºC y 600ºC a 1.000ºC en atm. oxidantes Precisión: 1% Rango de medida más amplio (0ºC a +1.600ºC), pero más caros. Precisión: 0.5% Rango: 0ºC a +2.800ºC en atm. inertes o vacío. Precisión: 1%

x

–Termopar W: Volframio-5% Renio y Volframio-26% Renio.
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Medida con termopares
! Consideración

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

Pirómetros de radiación
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Métodos sin contacto. Se basan en la ley de Stefan-Boltzmann: todas las sustancias a cualquier Tª por encima del cero...