Instrumentos Medición de Temperatura

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1.- Ley Cero de la termodinámica
2.- Definición de Temperatura
3.- Unidades de temperatura, ejemplos.
4.- Tipos de Instrumentos de temperatura
5.- Tipos de Termómetros.
6.- Registrador de temperatura
7.- Termopares o Termocuplas.
8.- Termoresistencia y termistores.
9.- Pirómetros, tipos y características.
10.- Medición con multímetro y potenciómetro.
11.- Indicador de temperatura portátil.
12.- Bibliografía

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Instrumentos Medición de Temperatura

  1. 1. PROF. MSC.ING. ANTONIO FALÓTICO
  2. 2. CONTENIDO Ley cero de la Termodinámica  Medición con multímetro Definición de temperatura  Medición con potenciómetro Unidades de temperatura  Indicador de temperatura portátil Conversión de temperaturas  Bibliografía Tipos de instrumentos Termómetro de vidrio Termómetro bimetálico Termómetro de bulbo Registrador de temperatura Termopares o termocuplas Aplicaciones industriales de los termopares Tipos de termopares Termoresistencia Termistores Pirómetros ópticos Pirómetros infrarrojos Pirómetros de radiación
  3. 3. Ley Cero de la Termodinámica Una definición de temperatura se puede obtener de la Ley cero de la termodinámica, que establece que si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico, con un tercer sistema C, entonces los sistemas A y B estarán en equilibrio térmico entre sí. Este es un hecho empírico más que un resultado teórico. Ya que tanto los sistemas A, B, y C están todos en equilibrio térmico, es razonable decir que comparten un valor común de alguna propiedad física. Llamamos a esta propiedad temperatura.
  4. 4. Definición Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema, se observa que está más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.
  5. 5. UNIDADES DE TEMPERATURALas escalas de medición de la temperatura se dividen fundamentalmente en dostipos, las relativas y las absolutas. Los valores que puede adoptar la temperatura encualquier escala de medición, no tienen un nivel máximo, sino un nivel mínimo:el cero absoluto. Mientras que las escalas absolutas se basan en el cero absoluto, lasrelativas tienen otras formas de definirse. Las más usadas son: Grados Kelvin (ºK), Grados Centígrados ( ºC), Grados Fahrenheit ( ºF), Grados Rankine ( ºR).
  6. 6. Conversión de Temperaturas Cuando se le pide un cambio de conversión de temperatura de °C a °F Multiplica por 9, divide entre 5, después suma 32 si por el contrario se le pide llevar de °F a °C Resta 32, después multiplica por 5, después divide entre 9
  7. 7.  Conversión de temperaturas: Grados Celsius o centígrados (ºC) a grados Farenheit (ºF) ºF = 9 / 5 x ºC + 32Grados Farenheit (ºF) a grados Celsius o centígrados (ºC) ºC = 5 / 9 ( ºF – 32 )Grados Celsius o centígrados (ºC) a grados Kelvin (ºK) ºK = ºC + 273,16Grados Kelvin (ºK) a grados Celsius o centígrados (ºC) ºC = ºK – 273,16
  8. 8.  Ejemplo 1 Convierte 26° Celsius a Fahrenheit Primero: 26° × 9/5 = 234/5 = 46.8 Después: 46.8 + 32 = 78.8° F Ejemplo 2 Convierte 98.6° Fahrenheit (¡temperatura corporal normal!) a Celsius Primero: 98.6° - 32 = 66.6 Después: 66.6× 5/9 = 333/9 = 37° C
  9. 9. TIPOS DE INSTRUMENTOS TERMOMETRO DE VIDRIO TERMOMETRO BIMETALICO TERMOMETRO DE BULBO TERMORESISTENCIA TERMOPAR TERMISTORES PIROMETROS ( OPTICOS, FOTOELECTRICO Y INFRAROJO)
  10. 10. TERMOMETRO DE VIDRIO Se basan en la propiedad que tienen los líquidos en dilatarse al aumentar la temperatura. Consiste un deposito de vidrio, donde se almacena mercurio, pentano o alcohol el cual esta unido a un capilar de vidrio Capilar Vidrio MERCURIO( ) ALCOHOL(-110 ºc a PENTANO(-200ºc a TOLUENO Restricción Bulbo Liquido
  11. 11. TERMÓMETRO BIMETÁLICO Se basan en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel o acero. Un termómetro Bimetálico contiene pocas partes móviles, solo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y el propio elemento Bimetálico. No hay engranajes que exija un mantenimiento. La precisión es de ±1% y su campo de medida es de –200 a 500 ºC.
  12. 12. Termómetro de Bulbo Consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevación de la temperatura del bulbo.
  13. 13. Registrador de temperatura
  14. 14. Termopares ( Termocuplas) Un termopar es un dispositivo capaz de convertir la energía calorífica en energía eléctrica su funcionamiento se basa en los descubrimientos hechos por Seebeck en 1821 cuando hizo circular corriente eléctrica en un circuito, formado por dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a diferentes temperaturas, esta circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos metales diferentes cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto Thompson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperaturas.
  15. 15. APLICACIONES INDUSTRIALES DE LOS TERMOPARES: Los termopares actualmente tienen grandes e importantes aplicaciones industriales ya que casi todos lo procesos en la industria requieren un estricto control de la temperatura y el uso de termopares ayuda a la automatización del control de la temperatura ya que se pueden implementar programas que ejecuten acciones especificas dependiendo de la temperatura que se tenga en un momento dado del proceso industrial. Pero el asunto radica en distinguir como va a efectuarse el contacto de el termopar con la variable a medir es decir ciertos procesos industriales generan reacciones químicas radioactivas o excesivamente caloríficas o en ocasiones peligrosas para los humanos en estas circunstancias el control debe ser a distancia y se deben de implementar extensiones que requieren un cuidado excesivo.
  16. 16. TIPOS DE TERMOPARES El termopar tipo J ( hierro-constantan) alcanza temperaturas de hasta 750 ºC El termopar tipo E (Cromel-Constantan) varia su rango desde – 200 a 900 ºC El termopar tipo T ( cobre-constantan) varia su rango desde – 200 a 260 ºC El termopar tipo K ( cromel-alumel) varia su rango desde 500 a 1250 ºC. No debe ser usado en atmósferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con un tubo protector Los termopares tipo R, S de ( Pt-Pt / Rh) su alcance llega hasta 1500 ºC.
  17. 17. Medición de la temperatura con termopares Un termopar está formado por dos metales distintos, donde se distingue la juntura de medición y la juntura de referencia. Ley de los metales homogéneosSi el dispositivo es del mismo metal, no se genera corriente por la aplicación de calor
  18. 18. Medición de la temperatura con termopares Ley de los metales intermedios. No se genera fem si la temperatura es constante. • Ley de las temperaturas sucesivas
  19. 19. Medición de la temperatura con termopares Cuarta ley. Derivada de las anteriores.
  20. 20. TERMORESISTENCIA(RTD) Es una resistencia de 3 ó 4 cables según sea el caso para mejorar el error de lectura y minimizar el ruido presente en el medio ambiente. Son muy conocidas por su excelente estabilidad y precisión. La mas usada es hecha de Platino y tiene una resistencia de 100 Ω. Rt=Ro(1 + α*t)
  21. 21. TERMISTORES Los Termistores son resistores térmicamente sensibles, existen dos tipos de termistores según la variación de la resistencia/coeficiente de temperatura, pueden ser negativos (NTC) o positivos (PTC). Son fabricados a partir de los óxidos de metales de transición (manganeso, cobalto, cobre y níquel) los termistores NTC son semiconductores dependientes de la temperatura. Operan en un rango de -200º C a + 1000° C. Un termistor NTC debe elegirse cuando es necesario un cambio continuo de la resistencia en una amplia gama de temperaturas. Ofrecen estabilidad mecánica, térmica y eléctrica, junto con un alto grado de sensibilidad.
  22. 22. Un termistor PTC es un resistor que depende de la temperatura, son fabricación de titanato de bario y deben elegirse cuando se requiere un cambio drástico en la resistencia a una temperatura específica o nivel de corriente. Los termistores PTCs puede operar en los siguientes modos: Sensores de temperatura, en temperaturas que oscilan entre 60° C a 180° C, por ejemplo, para protección de los bobinados de motores eléctricos y transformadores. Fusible de estado sólido de protección contra el exceso de corriente, que van desde mA a varios A (25° C ambiente) a niveles de tensión continua superior a 600V, por ejemplo, fuentes de alimentación para una amplia gama de equipos eléctricos. Sensor de nivel de líquidos.
  23. 23. PIROMETROS OPTICOS Un pirómetro óptico es un instrumento utilizado para medir la temperatura de un cuerpo. Funciona comparando el brillo de la luz emitida por la fuente de calor con la de una fuente estándar. El pirómetro consta de dos partes: un telescopio y una caja de control. El telescopio contiene un filtro para color rojo y una lámpara con un filamento calibrado, sobre el cual la lente del objetivo enfoca una imagen del cuerpo cuya temperatura se va a medir. También contiene un interruptor para cerrar el circuito eléctrico de la lámpara y una pantalla de absorción para cambiar el intervalo del pirómetro. Este tipo de pirómetro óptico mide una temperatura que alcanza los 2.400 ºF, pero existen otros más complejos que pueden alcanzar los 10.000 ºF (5.538 ºC) o más. Tambien existe otro tipo de pirómetro, llamado termoeléctrico, que funciona de forma satisfactoria hasta los 3.000 ºF (1.649 ºC).
  24. 24. PIROMETROS INFRARROJOS Los pirómetros infrarrojos están especialmente indicados para aplicaciones en las que no se pueden utilizar los sensores convencionales. Este es el caso de objetos en movimiento o lugares de medición donde se requiere una medición sin contacto debido a posibles contaminaciones u otras influencias negativas.
  25. 25. PIROMETROS DE RADIACION Pirómetros de radiación Los pirómetros de radiación se emplean para medir temperaturas mayores de 550°C hasta un poco más de 1600°C captando toda o gran parte de la radiación emitida pro el cuerpo a analizar. Este tipo de pirómetros se fundamenta en la ley de Stefan−Boltzmann, que dice que la intensidad de energía 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, donde W (potencia emitida)= Flujo radiante por unidad de área. K =Constante de Stefan − Boltzman (cuyo valor es 5.67 10−8 W / m2 K4). T =Temperatura en Kelvin
  26. 26. Medición con Multímetro Un multímetro, también denominado polímetro, tester o multi tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales(tensione s) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).
  27. 27. Medición con Multímetro Midiendo tensiones Para medir una tensión, colocaremos las bornas en las clavijas, y no tendremos mas que colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir. Si lo que queremos es medir voltaje absoluto, colocaremos la borna negra en cualquier masa (un cable negro de molex o el chasis del ordenador) y la otra borna en el punto a medir. Si lo que queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos, no tendremos mas que colocar una borna en cada lugar. Midiendo resistencias El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones. Basta con colocar la ruleta en la posición de ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir. Si no sabemos cuantos ohmios tiene la resistencia a medir, empezaremos con colocar la ruleta en la escala más grande, e iremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que más precisión nos da sin salirnos de rango. Midiendo intensidades El proceso para medir intensidades es algo más complicado, puesto que en lugar de medirse en paralelo, se mide en serie con el circuito en cuestión. Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir, desconectar algún cable para intercalar el tester en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro del tester. Precisamente por esto, hemos comentado antes que un tester con las bornas puestas para medir intensidades tiene resistencia interna casi nula, para no provocar cambios en el circuito que queramos medir. Para medir una intensidad, abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos, y configuraremos el tester adecuadamente (borna roja en clavija de amperios de más capacidad, 10A en el caso del tester del ejemplo, borna negra en clavija común COM). Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado, procederemos a cerrar el circuito usando para ello el tester, es decir, colocaremos cada borna del tester en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que tenemos. Con ello se cerrará el circuito y la intensidad circulará por el interior del multímetro para ser leída.
  28. 28. Medición con potenciómetro El potenciómetro original es un tipo de puente de circuito para medir voltajes. La palabra se deriva de “voltaje potencial” y “potencial” era usado para referirse a “fuerza”. El potenciómetro original se divide en cuatro clases: el potenciómetro de resistencia constante, el potenciómetro de corriente constante, el potenciómetro microvolt y el potenciómetro termopar. Se utiliza para medir voltajes debajo de 1,5 V. En este circuito, la tensión desconocida está conectada a través de una sección del alambre de la resistencia, los extremos de la cual están conectados con una célula electroquímica estándar que proporciona una corriente constante a través del alambre, el fem desconocido, en serie con un galvanómetro, entonces se conecta a través de una sección de longitud variable del alambre de la resistencia usando un contacto que se desliza. El contacto que se desliza se mueve hasta que ninguna corriente fluya dentro o fuera de la célula estándar, según lo indicado por un galvanómetro en serie con el fem desconocido. El voltaje a través de la sección seleccionada del alambre es entonces igual al voltaje desconocido. Todo lo que queda es calcular el voltaje desconocido de la corriente y de la fracción de la longitud del alambre de la resistencia que fue conectado con el fem desconocido. El galvanómetro no necesita ser calibrado, pues su única función es leer cero. Cuando el galvanómetro lee cero, no se saca ninguna corriente de la fuerza electromotriz desconocida y así que la lectura es independiente de la resistencia interna de la fuente
  29. 29. Indicador de Temperatura portátil Indicador digital portátil con display LCD y dígitos de gran tamaño (14mm de altura). La carcasa está fabricada con plástico ABS de alta calidad y se suministra con una funda de goma y una correa para la muñeca, que lo hace ideal para el entorno industrial. Dispone de función Offset para el ajuste de la desviación de los sensores. Otras características son: visualización de los valores máximo/mínimo, retención de datos en display, selección de ºC/ºF y diseño ergonómico antideslizante. Portátil, con funda de goma y correa de muñeca Resolución de 0.1ºC/F ó 1.0ºC/F autorango, dependiendo de la temperatura Precisión: ±0.3% de la lectura +1ºC entre -50ºC y 999ºC ±0.5% de la lectura +1ºC entre 1000ºC y 1300ºC Display LCD con dígitos de 14mm de altura Ajuste de Offset Apto para su uso con todos nuestros termopares tipo K con conector miniatura Peso: 300g Alimentación: pilas PP3 (incluida)
  30. 30. Bibliografía es.wikipedia.org/wiki/Potenciómetro_(instrumento_de_medida) http://www.tcdirect.es/deptprod.asp?deptid=140/1 http://www.tcdirect.es/deptprod.asp?deptid=140/1 http://es.wikipedia.org/wiki/Mult%C3%ADmetro#Como_medir_con_el_mult.C3.ADmet ro_digital http://es.wikipedia.org/wiki/Termopar http://es.wikipedia.org/wiki/Termoelectricidad http://prof.usb.ve/srevolla/Archivos/Instru/medici%C3%B3n%20de%20temperatura.pdf http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/teoria/temperatura/Temperat ura.html http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/teoria/temperatura/Temperat ura.html http://www.sistena.es/docs/folleto_s134t.pdf http://www.sistena.es/docs/folleto_s134t.pdf www.tiposdetermometros.net/

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