Sensores temperatura

1. Informe de Instrumentación Industrial.
2. Sensores de temperatura

INTEGRANTES:

CARRERA: Automatización y control industrial

ASIGNATURA: instrumentación industrial

PROFESOR: Luis Sanhueza

FECHA: 04/042017

1. Índice

Pag. 2 INDICE                                                                                        

Pag. 3 INRODUCCION

Pag. 3 PT-100

Pag. 6 PUENTE DE WHEATSTONE

Pag. 9 TIPOS DE CABLE PARA INSTALACION Y CARACTERISTICAS DE FABRICACION DEL PT-100

Pag. 9 TERMOCUPLAS

Pag. 11 EFECTO SEEBECK

Pag. 14 TIPOS DE CABLES PARA TERMOCUPLAS

Pag. 14 PT-1000 NTC Y PTC

Pag. 16 OTROS METODOS DE MEDICION DE TEMPERATURA PARA USOS INDUSTRIALES

Pag. 20 DOCUMENTOS DEL PROYECTO

Pag. 23 EVIDENCIAS DE LABORATORIO DE PT-100 Y TERMOCUPLAS REALIZADAS EN CLASES

Pag. 25 CONCLUSION

Pag. 25 BIBLIOGRAFIA

1. Introducción

Este informe tiene como objetivo demostrar una investigación realizada sobre sensores y controladores de temperatura, los cuales serán definidos y explicados gracias a un proyecto elaborado precisamente para ejemplificar el comportamiento de estos elementos. Pero antes de presentar el proyecto de deberá definir algunos conceptos y mencionar las características que poseen los sensores y controladores con respecto a la temperatura de manera teórica, para luego mostrarlo de manera práctica.

El siguiente informe consta con la definición de PT-100, tipo de cable que se usa, La función del Puente de Wheatstone, definición y tipos de termocuplas y sus tipos de cable, definición del efecto seebeck, entre otros. Para poder finalizar con el desarrollo del proyecto que representa como controlar la temperatura dentro de un

1. PT-100

Es un sensor de temperatura. El cual se con forma de un alambre de platino que 0°C tiene 100 OHMS y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica.

Por lo cual el aumento de la resistencia no es lineal pero si creciente y característico del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta. [pic 4]

Un PT100 es un tipo particular de RTD  (dispositivo termo resistivo).normalmente para términos industriales los PT100 son encapsuladas en fundas de aceró inoxidable en un extremo del elemento sensitivo (vaina) al igual que las termocupla, en un extremo está el elemento sensitivo y en el otro está el terminal eléctrico de los cables protegidos dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal).

[pic 5]

Por otra parte los PT100 son más costosos que las termocuplas, pero mecánica mente menos rígidos asiendo más fácil su manipulación especialmente en las aplicaciones de menos temperatura. (-100 a 200°).también pueden ser colocados del medidor sin mayor inconveniente (hasta 30 metros) utilizando cable convencional para hacer la extensión.

Estos también fácilmente entregan mediciones de una décima de grado con la ventaja de que el PT100 no se descompone gradualmente entregando lecturas erróneas, si no que normalmente se abre, por lo cual el dispositivo medidor detecta inmediatamente de ella dando aviso al controlador, esté comportamiento es muy beneficioso para un proceso que debe estar en constante medición porque una falla no detectada podría producir una perdida  millonaria en el proceso. (Frigoríficos).

CONEXIONADO DEL PT100

Existen 3 tipos de conexionado cada uno estos  requiere un lector distinto.

El objetivo es determinar con exactitud la resistencia eléctrica R(t) del elemento sensor de platino sin que influya en la lectura la resistencia de los cables Rc.

El modo más sencillo es el con 2 hilos pero este a la ves es el menos recomendable. En este caso las resistencia de los 2 cables se suman (Rc1+Rc2+R(t)). En vez que RT. En este conexionado se debe usar cable lo más grueso posible para disminuir la resistencia  de Rc1 y Rc2 y así disminuir errores de lecturas.

Por otra parte el conexionado con 3 hilos es el más común y resuelve bastante bien el problema de error generado por los cables. [pic 6]

Su único requisito es que los tres cables deben tener la misma resistencia eléctrica, pues el sistema de control está basado (casi siempre) en el “puente de wheastone”, por supuesto el lector de temperatura debe ser para esta conexión.(el color de los cables varía según el fabricante)

[pic 7]

Y por último está el conexionado de 4 hilos  este es el más exacto con sus medición, los 4 cables pueden ser distintos (de distinta resistividad) pero su elemento lector es más costoso.

Por sus cables 1y4 se hace circular una corriente I conocida atreves de R(t). Y los cables 2 y 4 conectados a la entrada de un voltímetro de alta impedancia luego por estos cables no circula corriente y por lo tanto la caída de potencia en los cables Rc2 y Rc3  será cero (Dv=Ic*Rc=0*Rc=0) y el voltímetro medirá exactamente el voltaje V en los extremos del elemento R(t).

Finalmente el instrumento obtendrá un R(t) al dividir V medido entre la corriente I conocida.

[pic 8]

Auto calentamiento y corriente de excitación.

Cualquiera sea el método de conexión, se deberá hacer pasar una cierta corriente I por el elemento sensor de modo de  modo de poder medir su resistividad. Esta corriente I llamada “CORRIENTE DE EXSITACION”  La suministra el elemento lector y es de orden 0.1 mA a 2 mA  dependiendo del modelo y marca del equipo.

Un problema que puede ocurrir es que la “corriente de excitación”  genere por efecto joule (P=I*I*R) Un calentamiento de elementos sensor aumentando su temperatura y produciendo así un lector en la lectura.

El problema será  más pronunciado mientras más pequeña sea la PT100 (tendrá menor capacidad de disipación del calor generado) y a la vez mientras se esté midiendo en un medio menor conductor de calor. Por ejemplo es mayor cuando se mide temperatura en el aire que cuando se la mide en el agua. Los valores típicos de los errores producidos en un PT100son de orden de 0.5°Cpor miliwatt generados cuando la PT100 está en el aire sin circular y 0.05°C por la misma PT100 en el agua.

La potencia de auto calentamiento depende del cuadrado de la corriente de excitación.

Precauciones

Se debe tener ciertas precauciones de  limpieza y protección en la instancia del PT100 para prevenir errores en fugas de corrientes.

También es frecuente que al ser sometidos los cables a ambientes con mucha humedad se vallan deteriorando más rápido y se produzca un paso de corriente entre ellos a través de la humedad condensada. Aunque mínima, esta corriente “fugada”  hará que el lector muestre una corriente menor a la real.

Esta fuga también puede presentarse en oxido, humedad, polvo que pueda estar cubriendo los terminales.

En el momento de adquirir un PT100 se debe tomar en cuenta la calidad y precio para el elemento sensor que va en el extremo del PT100.

Tabla de Medición

[pic 9]

1. Puente de Wheatstone

El puente de Wheatstone es un metodo para medir resistencias bastante exacto. En la Fig. 1 se representa el funcionamiento de este puente. Rx es la resistencia a medir y R1, R2 Y R3 son resistencias de valor conocido. El puente se alimenta con una fuente de tensión continua y se varia el valor de la resistencia R3 mediante un mando hasta conseguir que el galvanometro (que es un amperimetro muy sensible) indique que la corriente IG tiene un valor nulo. En este caso se puede demostrar que se verifica la siguiente relación:

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