Sensores Son elementos que permiten obtener las variaciones de una señal física y traducirla a una magnitud con características específicas, que le permitan a un operador interpretar los cambios y manipularlos. Los sensores convierten una variable física en otra. Los sistemas de mediciones componen el elemento fundamental de los sistemas de control.
Sensores Bimetalicos Es una pieza formada por dos metales unidos firmemente, cuyos coeficientes de dilatación térmica son distintos. Cuando se produce un cambio de temperatura, la pieza se deforma, formando un arco que es proporcional a la temperatura a la cual esta sometida la pieza. Generalmente los bimetalitos comerciales poseen un espesor entre 10 µm y 3 mm, para obtener una alta sensibilidad. La temperatura a los cuales son sometidos estos sensores van desde -75ºC a 540ºC. sus formas varían de voladizo, espiran, hélice, etc. Son muy empleados como elementos de control on-off, cortando un flujo de corriente que pasa a través de ellos.
Sensores Bimetalicos El radio de curvatura (r) en un sensor bimetalico, para un cambio de temperatura T1 a otra T2 esta dado por: Si los materiales que componen el sensor son de módulos elásticos y espesores similares (m=1, n=1), la expresión se reduce a:
Termopares Los termopares son unos de los sensores más sencillos y de los más utilizados en las industrias para determinar la temperatura de un proceso. Este sensor esta constituido por la unión de dos metales, la cual es sometida a la temperatura a ser medida. La diferencia de temperatura para la unión de dos metales, se conoce con el efecto Seebeck y esta dado por la siguiente ecuación:
Leyes termoelectricas.
Ley de circuito homogéneo[1]: En un conductor metálico homogéneo no puede sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación exclusiva de calor.
Ley de los metales intermedios[1]: Si en un circuito de varios conductores homogéneos, la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura A a un punto B (donde A es la unión de uno de los conductores con uno de los cables del termopar y B es el punto de unión con el otro cable del termopar), la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metálicos intermedio y es la misma que si se pusieran en contacto directo A y B.
Ley de las temperaturas sucesivas[1]: La fem generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la fem del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la fem del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3. Termopares
Uno de los factores importantes para los termopares es contar con una resistencia alta, lo cual se traduce en una alta capacidad calorífica y una respuesta lenta, aumentado el rendimiento de la medida, al tener una buena estabilidad ante pequeños cambios perturbadores. Termopares Tipo de termopares
El comportamiento de los termopares, matemáticamente se describe por la siguiente ecuación:
En la siguiente tabla, de acuerdo a las normas ANSI, se recogen las características más relevantes de los termopares mas comunes. Termopares
Compensación Termopares Para el calculo de temperatura con termopares, es necesario mantener la temperatura constante en uno de los lados y durante el trayecto, en caso de existir varias uniones. Se recomienda que las uniones se hagan con cables homogéneos del mismo material.
Termopozos Los termopares son elementos delicados, los que no pueden ser sometidos directamente al medio al cual se desea medir la temperatura, por lo cual se necesita de un elemento aislante. A este elemento aislante se le llama termopozo, el cual va en contacto directo con el proceso. La temperatura en el termopar es captada por un intercambio de calor entre el proceso y el termopozo. Termopozos
RTD Su principio de funcionamiento se basa en el flujo de electrones a través de la resistencia. Al variar la temperatura en el material resistivo, el flujo de electrones varía. Es decir la resistencia presenta una variación con la temperatura. Matemáticamente la expresión que describe una RTD es: Donde Ro es la resistencia a la temperatura de referencia y T es el incremento de la temperatura con respecto a la temperatura de referencia. Detector de Temperatura Resistivo (RTD)
RTD Usualmente para los cálculos matemáticos y para trabajar en una región lineal, se utiliza la siguiente ecuación:
R=Ro(1+aT)
En la siguiente tabla se muestran características resaltantes de los RTD mas comerciales.
Termistores Los termistores son elementos en los cuales se mide las variaciones de la temperatura (ºK) en función del cambio de resistencia que experimentan, pero a diferencia de los RTD, los termistores se basan en semiconductores y no en conductores. La relación entre la temperatura y la resistencia en el termistor se expresa en la siguiente ecuación:
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