Transmisores de Temperatura
Objetivos:
- Medir temperatura utilizando un Transmisor neumático y un Transmisor electrónico de temperatura.
- Graficar la salida del transmisor vs la temperatura: psi vs ºC, mA vs ºC.
- Determinar el rango de ajuste o control de un transmisor.
Procedimiento:
- TRANSMISOR TERMOCUPLA “J” y “K”
El transmisor es de: J K
Rango de entrada: 0ºC a 100ºC 0ºC a 150ºC
Rango de salida: 4mA a 20mA 4mA a 20Ma
- Compruebe la calibración del transmisor de la siguiente manera:
-Alimente con 24 VDC el transmisor, entre los terminales 4(+) y 5(-), poniendo en serie una resistencia de precisión de 250Ω.
-Deje libre el terminal 3 para el caso de las termocuplas.
-Coloque el simulador de termocupla J, de termocupla K (norma DIN) entre los terminales 1-2
Zero (cero): Ponga el simulador de J o K en 0ºC, mida y calcule:
(J) I = 3.98mA
(K) I = 4.00mA
Span (rango): Ponga el simulador de J en 100ºC o el de K en 150ºC, mida y calcule:
(J) I = 19.99mA
(k) I = 20.00mA
¿Esta bien calibrado el transmisor? De no ser así, ¿Qué debería ajustarse?
Zero
Span
El transmisor no estaba calibrado, por tal motivo tuvo que ajustarse varias veces el Zero a 4mA y el Span a 20mA, para mantener el rango de salida de 4mA a 20mA. Los datos obtenidos en la parte superior en las termocuplas J y K son una vez calibrado el transmisor.2. Cambie el simulador por las termocuplas J o K.
3. Con la temperatura del ambiente mida y calcule la Io, llene la tabla. Dibuje la Iout vs T.
La temperatura del ambiente medida es 20ºC.
- Termocupla “J”
100°C
0°C
20°C
20mA
4mA
Io = X mA
(100 – 0) / (20 – 0) = (20 – 4) / (X – 4)
X – 4 = (20 – 4) x (20 – 0) / (100 – 0)
X = 7.2 mA
- Termocupla “K”
150°C
0°C
20°C
20mA
4mA
Io = X mA
(150 – 0) / (20 – 0) = (20 – 4) / (X – 4)
X – 4 = (20 – 4) x (20 – 0) / (150 – 0)
X = 6.13 mA
Tabla del Transmisor electrónico de temperatura.
Termocuplas | J | K | ||
Temperatura del Ambiente (ºC) | Medida | Calculada | Medida | Calculada |
Io (mA) | Io (mA) | Io (mA) | Io (mA) | |
20ºC | 7.54 | 7.2 | 6.6 | 6.13 |
Io vs T
- CALIBRADOR DE POZO SECO
La temperatura del ambiente es 20ºC, siendo esta:
- Termocupla K: 0.798 mV
- Termocupla J : 1.019 mV
Pruebas de medición de Termocupla K
Temperatura(ºC) | mV Medido | mV Tabla | mV Error |
50 | 0.9 + 0.798 = 1.698 | 2.022 | 0.324 |
100 | 3.0 + 0.798 = 3.798 | 4.095 | 0.297 |
150 | 4.9 + 0.798 = 5.698 | 6.137 | 0.439 |
200 | 6.9 + 0.798 = 7.698 | 8.137 | 0.439 |
Pruebas de medición de Termocupla J
Temperatura(ºC) | mV Medido | mV Tabla | mV Error |
50 | 1.0 + 1.019 = 2.019 | 2.585 | 0.566 |
100 | 2.2 + 1.019 = 3.219 | 5.269 | 2.05 |
150 | 5.6 + 1.019 = 6.619 | 8.010 | 1.391 |
200 | 6.1 + 1.019 = 7.119 | 10.779 | 3.66 |
Pruebas de medición de Pt 100
Temperatura(ºC) | Ohms Medido | Ohms Tabla | Ohms Error |
50 | 120.5 | 119.73 | 0.77 |
100 | 143.7 | 139.16 | 4.54 |
150 | 163.3 | 158.29 | 5.01 |
200 | 177.7 | 177.13 | 0.57 |
- PIROMETROS INFRARROJOS
Objetivo:
- Verificar el funcionamiento de un medidor de temperatura por radiación infrarroja.
- Identificar la respuesta de un infrarrojo de emisividad fija y otro de emisividad variable.
- Medir temperatura en objetos de diferentes emisividades.
OBJETO | EMISIVIDAD DEL OBJETO | EMISIVIDAD DEL INSTRUMENTO | TEMPERATURA (ºC) | ||
Fijo | Variable | Fijo | Variable | ||
Cobre | 0.05 | 0.95 | 0.95 | 19.9 | 22 |
Aluminio | 0.09 | 0.95 | 0.95 | 23.0 | 25 |
Acrilico | 0.98 | 0.95 | 0.95 | 19.5 | 21 |
- TRANSMISOR INFRARROJO
Objetivo:
Realizar mediciones con un transmisor infrarrojo de emisividad fija E=0.95. Determinar al respuesta del transmisor.
Procedimiento:
- Conectar el transmisor como indica la figura.
TEMP
HORNO
24Vdc
mA
TRANSMISOR
- Calentar el horno variando el voltaje de la fuente para obtener diferente valores de temperatura según la tabla y obtener la Io del transmisor para la temperatura correspondiente.
VOLTAJE (Volts) | TEMPERATURA(ºC) | Io(mA) |
0 | 22.3 | 6.94 |
8 | 28.2 | 7.45 |
15 | 46.3 | 9.06 |
CONCLUSIONES
La calibración de un transmisor es necesaria para poder obtener una exactitud en la medición. Y esto lo pudimos comprobar en la medición de las salidas de los transmisores para las termocuplas “J” y “K”. El chequeo y el ajuste preliminar son necesarios para obtener un mínimo porcentaje de error. Llevar ajuste de Zero y Span es importante para obtener una buena medición dentro del rango de salida.
Los RTD (Detector Resistivo de Temperatura) usan alambres de metal puro para la medición de temperatura. Los metales puros tienen un coeficiente de resistencia de temperatura positivo bastante constante. El coeficiente de resistencia de temperatura, generalmente llamado coeficiente de temperatura es la razón de cambio de resistencia al cambio de temperatura. Un coeficiente positivo significa que la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Si el coeficiente es constante, significa que el factor de proporcionalidad entre la resistencia y la temperatura es constante y que la resistencia y la temperatura se graficarán en una línea recta.
La linealidad de los transmisores de temperatura, es decir la proporcionalidad entre la resistencia y la temperatura es importante para la medición de temperaturas a través de rangos amplios.
Los termopares o termocuplas miden solamente temperaturas relativas, a diferencia de los RTD y termistores que miden temperaturas absolutas, esto se debe a que las termocuplas son uniones de diferentes metales o aleaciones, cuando se mide con un multímetro se forman termocuplas parasitas. Siendo necesarias eliminar estas o compensarlas para que la temperatura sea la real, por ese motivo se le suma un Voltaje de referencia obtenidas en un punto conocido como Bloque Isotérmico.
Los Pirómetros de radiación, es usado en casos donde no es posible tomar, por contacto directo con el proceso, la temperatura que sea necesaria para evaluar el proceso. La medición de temperatura sin contacto es altamente necesaria cuando estamos hablando de procesos donde las temperaturas son tan elevadas. Los Pirómetros de Radiación Infrarroja están basados en el principio que dice que todos los objetos emiten radiación a longitudes de onda ubicadas en la región infrarroja del espectro de radiación electromagnética. El infrarrojo es esa porción del espectro electromagnético más allá del que queda visible (azul a rojo, 0,4-0,75 um) a la respuesta del ojo humano. Los termómetros infrarrojos miden esta radiación y proporcionan una señal de salida calibrada en una variedad de rangos según los requisitos del cliente.
OBSERVACIONES
mA
Se verifico las salidas del transmisor, de acuerdo al simulador de las termocuplas J o K, encontrándose descalibrados, es decir fuera del rango de salida. Se procedió a ajustarse varias veces el Zero y el Span con el simulador, antes de conectar las termocuplas, al rango de salida de 4mA a 20mA.
Una vez calibrados se conecto las termocuplas de acuerdo a la norma DIN y se procedió a tomar las medidas.
- En el calibrador de pozo seco para las pruebas de medición de las termocuplas “K” y “J” eran necesarios sumarles a los mili voltios medidos el mili voltaje en el punto de referencia, siendo este 0.798 mV (TAMB = 20ºC) para la termocupla K; y 1.019 mV (TAMB = 20ºC) para la termocupla J.
Con el propósito de obtener la temperatura real en las termocuplas.
- En la medición de temperatura con los pirómetros infrarrojos se utilizo dos pirómetros infrarrojos, uno de emisividad fija y otro variable. Aunque los objetos utilizados tienen una emisividad menor 0.1 se utilizo una cinta masking tape (ε=0.95) para cubrir la zona del objeto a medir la temperatura. Obteniendo las temperaturas con los dos pirómetros de radiación infrarroja a esa emisividad.
Estos Pirómetro de infrarrojos: captan la radiación infrarroja, filtrada por una lente, mediante un sensor fotorresistivo, dando lugar a una corriente eléctrica a partir de la cual un circuito electrónico calcula la temperatura. Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 ºC hasta valores superiores a 2000 ºC.
RECOMENDACIONES
Ningún transmisor es el mejor en todas situaciones de medida. Lo importante es saber cuando debe utilizarse cada uno de ellos. Para eso es necesario tener en cuenta diferente factores: las prestaciones, el alcance efectivo, el precio y la comodidad.
APLICACIONES
Los termopares o termocuplas son los sensores de temperatura más extendidos (industria y laboratorio). Se emplean en situaciones de adquisición masiva de datos, muchos datos por muchos canales; en equipos para el control de procesos y medidas automáticas. Incluso se puede disponer de tarjetas y multímetros que incluyen la opción de medida de termopar entre sus posibilidades de operación.
Las termocuplas J y K son económicas, físicamente muy rígidas y cubren un amplio rango de temperaturas (-180 a 1370 ºC). No es recomendable usar una termocupla cuando el sitio de medición y el instrumento están lejos (más de 10 a 20 metros de distancia). El problema de la termocuplas es que suministran un voltaje muy bajo y susceptible a recibir interferencias eléctricas. Además para hacer la extensión se debe usar un cable compensado para el tipo específico de termocupla lo que aumenta el costo de la instalación. Tampoco es recomendable usar termocuplas cuando es necesaria una lectura de temperatura muy precisa (décima de ºC) pues la compensación de cero requerida por las termocuplas introduce un error típicamente del orden de 0.5 ºC. Otro problema que puede ocurrir con las termocuplas es que alguna contaminación u oxidación en los metales de la unión podrían provocar una lectura errónea (hasta 4 ó 5 ºC) sin que se detecte la falla. Luego en algunos casos es conveniente verificar periódicamente la precisión de la lectura.
Industrial de alimentos en general (envasado, pasteurización, cocción, conservación, etc.)
Circuitos de líquidos. (Aguas de enfriamiento, aceites, etc.)
Industria química (temperatura de reactivos)
Cámaras de secado (textiles, alimentos, papel, etc.)
Mediciones de 0 a 700 ºC
Industria del plástico y goma (extracción e inyección)
Medición de tambores rotatorios con termocupla de contacto
Temperatura de motores (Carcaza) con termocupla autoadhesiva.
Procesos en general donde el sensor está sometido a vibración.
Fundición de metales hasta 1300 ºC (no ferrosos)
Hornos en general
Los sensores RTD son utilizados en diferentes áreas de temperatura, profundidades de inmersión, condiciones ambiente, medios, etc. Para medios de cuerpo sólidos, líquidos o gaseosos en tuberías o tanques en aplicaciones industriales o higiénicas. Así como en Sistemas de enfriamiento ambientales, Aire de purga, Control de temperatura de fluidos, Enfriador y refrigerante, Aceite hidráulico, Combustible. Entre estos tenemos los Pt100 que pueden fácilmente entregar precisiones de una décima de grado con la ventaja que la Pt100 no se descompone gradualmente entregando lecturas erróneas, si no que normalmente se abre con lo cual el dispositivo medidor detecta inmediatamente la falla del sensor y da aviso.
Además la Pt100 puede ser colocada a cierta distancia del medidor sin mayor problema (hasta unos 30 metros) utilizando cable de cobre convencional para hacer la extensión.
Los Pirometros de radiación, es uno de los instrumentos de NO CONTACTO más común. Es usado en casos donde no es posible tomar, por contacto directo con el proceso, la temperatura que sea necesaria para evaluar el proceso. La medición de temperatura sin contacto es altamente necesaria cuando estamos hablando de procesos donde las temperaturas son tan elevadas que el elemento primario podría hundirse o no trabajar (t>1500 ºC), como por ejemplo: fundiciones (zonas ardientes, pre-calentadores), Equipos de combustión o Incineradores-contenedores (calderas) de gases calientes y ollas de utilidad, horno rotatorio, estudios científicos (conservación de energía, estudios de flujo de calor, cartografía termal), estudio medioambiental (meteorológico, biológico, de agricultura, del censo aerotransportado remoto, de la tierra, del agua, de temperaturas superficiales del hielo), reactores nucleares, Hornos (las llamas, tuberías del hervidor, las galletas catalizadoras), etc.
