PLC Sensores Trmicos

Integrantes:Fernando LpezMichell ParkEver RamrezPLCSensores Trmicos

Definiciones: Temperatura. Sensores.TermocuplasTermistores NTC, PTCPT100Principio de Funcionamiento.Aplicaciones.NormasContenido

Para hablar de sensores trmicos primero definiremos:TEMPERATURASENSORDefiniciones

Es un parmetro termodinmico del estado de un sistema que caracteriza el calo, o transferencia de energa.Se puede expresar como la suma de las energas cinticas, y potenciales de las partculas de un sistema.Usualmente encontramos sensores de temperatura que trabajan en grados Celsius.

Temperatura

Untransductores un dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestacin deenergade entrada, en otra diferente a la salida, pero de valor muy pequeos en trminos relativos con respecto a un generador.El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformacin que realiza (por ejemplo electromecnica, transforma una seal elctrica en mecnica o viceversa). Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina interna, en la agricultura, enrobtica, en aeronutica, etc., para obtener la informacin de entornos fsicos y qumicos y conseguir (a partir de esta informacin) seales o impulsos elctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen cierta cantidad de energa por lo que la seal medida resulta atenuada.

Sensores- Transductores

Efecto Peltier:Dos metales distintos unidos a una cierta temperatura generan una diferencia de potencial en la unin, dependiente de la temperatura y tipo de metales.Efecto Thompson:Si los extremos de un conductor homogneo se encuentran a distinta temperatura se generar una diferencia de potencial.Termocuplas: Fundamentos

Efecto Seebeck: Si se tiene dos conductores en circuito cerrado con sus uniones a distinta temperatura, aparecer en las uniones unas diferencias de potencial que harn circular una corriente, si se abre el circuito se observa una tensin en los terminales.Termocuplas: Fundamentos

Los electrones situados en los niveles mas externos estn dbilmente unidos al ncleo, al calentar un extremo estos electrones aumentan su energa y tienden a alcanzar el otro extremo por difusin, as el extremo fro adquiere carga negativa y el extremo caliente carga positiva, a su vez se genera un campo elctrico que se opone a la difusin, logrndose as el equilibrio.El efecto termoelctrico no se debe al de la existencia de 2 metales, sino a la diferencia de temperaturas en un conductor, sin embargo no se puede realizar una medicin con un solo metal.

Termocuplas: Principio de transduccin

Termocuplas: Tipos

Termocuplas: Tipos

Ventajas:Es autoalimentado.Es robustoEconmico.Variedad de presentaciones.Amplia gama de temperaturas.Aceptado industrialmente.

Termocuplas: Ventajas y DesventajasDesventajas:Es no lineal.Salida en mV.Necesita referencia.Menos estable.Menos sensible.No estn completamente estandarizadas.Se necesita compensar la unin de junta fra.

Termocuplas: Aplicaciones.

NTC: Negative Temperature Coefficient

PTC: Positive Temperature CoefficientTermistores

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Su valor de resistencia disminuye con el aumento de temperatura.Estn hechas de un material semiconductor (Ni-Mn-O), (Ni-Cu-Mn) y (Ti-Fe-O)La variacin de temperatura altera el numero de portadores en la junta semiconductora, lo cual genera el cambio de resistencia.La relacion ente la temperatura y la resistencia es no lineal.La sensibilidad es muy grande a bajas temperaturas y disminuye el aumento con esta.NTC- Negative Temperature Coefficient

La resistencia nominal de una NTC se hace respecto a una temperatura, normalmente 25oC.Los valores nominales varan entre 10 y 20 M.La mayora de los NTCs miden hasta 500oC, pero existen modelos que miden desde -70 oC a 1000 oC como mnimo.Su velocidad de respuesta no es muy alta, pero se puede aumentar disminuyendo el tamao del elemento sensor.Tienen componentes robustos, son fiables, sensibles y econmicos.NTC- Coeficiente de temperatura negativo.

NTC- Curva caracterstica.

Se suele seleccionar un NTC de resistencia nominal alta y con buen acoplamiento trmico con el objeto a medir.Al circular corriente por el NTC, por efecto Joule el termistor sufre el fenmeno de auto calentamiento, y esto debe minorizarse.Con un procesador puede tener un modelo de termistor e ir evaluando constantemente (medicin digital).Aadiendo una resistencia en serie o paralelo al termistor se linealiza la respuesta (medicin analgica).NTC Medicin de la temperatura

Linealizacin por divisor de voltaje: consideremos el siguiente circuito por divisor resistivo, donde la salida sea la resistencia R.

Donde podemos relacionar la potencia elctrica y trmica por la ecuacin:

NTC Linealizacin

Linealizacin paralelizado: se halla la resistencia equivalente en paralelo.

Rtc: temperatura en el punto de operacin, de acuerdo a a la curva caracterstica.NTC Linealizacin

Medicin de nivel o flujo.Proteccin contra sobre corrientes.Control de llama.Medicin de temperatura con puente de WheatstoneNTC- Aplicaciones

Son termistores con coeficiente de temperatura positivo.Presentan un cambio brusco en su resistencia cuando la temperatura supera un valor critico propio del material. (fuerte aumento de la resistencia con la temperatura).Se suelen fabricar de bario, plomo y titanio con aditivos como magnesio y Tntalo.La dependencia deseada de la resistencia con la temperatura solamente tiene lugar en un determinado margen de temperaturas.Su forma comn es de disco con superficies de contacto metalizadas.

PTC- Positive Temperature Coefficentt

A temperaturas inferiores de la temperatura critica (Ts) el termistor presenta un coeficiente de temperatura negativo.Al acercarse a Ts, la resistencia aumenta drsticamente, el coeficiente se mantiene constante.Si la temperatura Ts se modifica alterando los materiales y niveles de dopado generalmente se encuentra entre 5ooCy 160oC.Su rango se encuentra entre -50 y 190 oC.PTC- Coeficiente de temperatura positivo

Medidor de nivel de liquido.

Retardo en el accionamiento de relsPTC- Aplicaciones

Un Pt100 es un sensor de temperatura. Consiste en un alambre de platino que a 0 C tiene 100 ohm y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia elctrica.El incremento de la resistencia no es lineal pero si creciente y caracterstico del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde.Qu es un PT100?

Normalmente las PT100 industriales se consiguen encapsuladas en la misma forma que las termocuplas, es decir dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material, en un extremo esta el alambre de platino y en el otro extremo el terminal elctrico (bornera) las cuales estn dentro del cabezal.

PT100

Aun que son mas costosos y mecnicamente no tan rgidos como las Termocuplas, las superan al aplicarse a bajas temperaturas.Precisin de una dcima de grado, pero gradualmente se presentan lecturas con errores que el mismo sensor detecta.Ideal para cmaras frigorficas.Uso a distancia con un cable convencional.PT100 Ventajas

DOS BORNES: Es mas sencillo, pero el menos recomendado. Las resistencias que se unen en serie generan un error inevitable que solo disminuye con un cable de mayor grosor.TRES BORNES: mas comn, los cables deben tener la misma resistencia para reducir el error.CUATRO BORNES: mas preciso, pueden tener distinta resistencia , sin embargo es mas costoso.PT100. Conexionado

Dimensiones:d: dimetro del bulbo.U: largo del bulbo.

Mtodo de especificacin.PT100

Ejemplo: Pt100 SS316-6-100-1/2NPTM, representa a un sensor PT100 de acero inoxidable 316, dimetro del bulbo 6mm, largo del bulbo 100mm y conexin a proceso NPT macho.

PT100 Aplicaciones

ASTM E 1137 97 Standard Specification for Industrial Platinum Resistance ThermometersEspecificacin estndar para Termmetros de Resistencia de Platino Industrial Normas