La medición de la temperatura es muy importante en las aplicaciones industriales, por lo que la medición continua de la temperatura es fundamental.
La temperatura se puede medir a través de varios tipos de sensores; todos ellos funcionan bajo el mismo principio básico de que dan temperatura en la salida de acuerdo a los cambios que se producen en sus características físicas en la entrada.
Según el tipo de aplicación, la medición de temperatura se puede dividir en las siguientes partes:
Método de contacto
Este método se utiliza cuando el cuerpo (cuya temperatura se va a medir) y el sensor (que mide la temperatura) pueden permanecer en contacto entre sí, en otras palabras, podemos decir que si el cuerpo y el sensor pueden permanecer en contacto entre sí durante la medición de la temperatura, se utiliza el método de contacto.
El método de contacto utiliza tres tipos de termómetros (temp. inst.)
- Termómetros de expansión
- Termómetros de sistema lleno
- Instrumentos de temperatura eléctrica
Termómetros de expansión:
En los termómetros de expansión se utilizan dispositivos bimetálicos. En estos dispositivos, hay dos materiales diferentes cuya tasa de expansión térmica también es distinta. Por lo tanto, en los dispositivos bimetálicos hay tiras de dos metales unidas. Al calentarse, un lado se expande más que el otro; por lo tanto, la expansión resultante se traduce en una lectura de temperatura mediante una conexión mecánica a un indicador.
La ventaja de este tipo de instrumentos es que son portátiles y no necesitan fuente de alimentación.
Y las desventajas de este tipo de instrumentos son que no son tan precisos como otros dispositivos y no se prestan fácilmente al registro de temperatura.
Termómetros de sistema lleno:
Un termómetro de sistema lleno simplemente significa que está lleno de cualquier sustituto. Generalmente se clasifican en dos categorías principales: de mercurio y orgánico-líquido. Dado que el mercurio se considera un peligro ambiental, existen regulaciones que rigen el envío de dispositivos que lo contienen. Actualmente, existen termómetros de sistema lleno que utilizan gas en lugar de líquidos.
Las ventajas de este tipo de dispositivos son que no requieren energía eléctrica, no presentan riesgo de explosión y son estables incluso tras ciclos repetidos. La desventaja es que no generan datos fáciles de registrar o transmitir, ni realizan mediciones puntuales.
Instrumentos eléctricos de temperatura:
Como su nombre lo indica
Este tipo de instrumentos detectan la temperatura en términos de cantidades eléctricas como voltaje, resistencia, etc. Por lo tanto, podemos decir que este tipo de instrumentos no son termómetros indicadores directos como el mercurio en dispositivos de vidrio.
En la mayoría de los procesos industriales y de laboratorio, el punto de medición suele estar alejado del instrumento indicador o de control. Esto puede deberse a la necesidad (p. ej., un entorno adverso) o a la conveniencia (p. ej., adquisición centralizada de datos). Por lo tanto, se requieren dispositivos que conviertan la temperatura en otra forma de señal, generalmente magnitudes eléctricas. Los dispositivos más comunes utilizados en este tipo de instrumentos de temperatura son (a) termopares, (b) termómetros de resistencia y (c) termistores. La similitud radica en que todos ellos requieren algún tipo de contacto con el cuerpo (cuya temperatura se va a medir). El contacto puede ser por inmersión o en superficie, dependiendo de la construcción del sensor y la aplicación donde se utilice.
TERMOPARES:
Los termopares se componen esencialmente de un termoelemento (que es la unión de dos metales diferentes) y un cable de extensión adecuado de dos hilos. Un termopar funciona gracias a la unión ubicada en el proceso, lo que produce un pequeño voltaje que aumenta con la temperatura. Su funcionamiento es bastante estable y repetible.
Termómetro de resistencia:
El termómetro de resistencia utiliza una resistencia de precisión, cuyo valor de resistencia (ohmios) aumenta con la temperatura. El RTD tiene un coeficiente de temperatura positivo. Estas variaciones son muy estables y se pueden repetir con precisión.
Termistores:
Un termistor es un semiconductor que se utiliza como sensor de temperatura. Se fabrica a partir de una mezcla de óxidos metálicos prensados en una perla, oblea u otra forma. La perla se calienta bajo presión a altas temperaturas y luego se encapsula con epoxi o vidrio. Las perlas pueden ser muy pequeñas, en algunos casos menores de 1 mm.
El resultado de todo esto es un dispositivo sensor de temperatura que presenta una relación no lineal muy clara entre la resistencia y la temperatura. La resistencia del termistor disminuye con el aumento de la temperatura; esto se denomina coeficiente de temperatura negativo del termistor.
Los termistores presentan cambios de resistencia muy grandes ante pequeñas variaciones de temperatura. Estos pueden ser de entre 3 y 51 TP3T por °C. Esto los hace muy sensibles a pequeñas variaciones de temperatura. Pueden detectar cambios de temperatura de tan solo 0,1 °C o menores. Un elemento termistor es significativamente más pequeño en comparación con los RTD. La sensibilidad de los termistores a las variaciones de temperatura y su pequeño tamaño los hacen ideales para su uso en equipos médicos.
Desventajas de los termistores:
Al ser semiconductores, los termistores son más susceptibles a la descalibración permanente a altas temperaturas que los RTD o los termopares. El uso de termistores generalmente se limita a unos pocos cientos de grados Celsius y los fabricantes advierten que exposiciones prolongadas, incluso muy por debajo de los límites operativos máximos, pueden provocar que el termistor se desvíe de su tolerancia especificada.
Los termistores pueden fabricarse con un tamaño muy pequeño, lo que significa que responderán rápidamente a los cambios de temperatura. Esto también significa que su pequeña masa térmica los hace especialmente susceptibles a errores de autocalentamiento. Los termistores son mucho más frágiles que los RTD o los termopares, y deben montarse con cuidado para evitar aplastamientos o desprendimientos de enlaces.
Método sin contacto
Este método se utiliza cuando el cuerpo (cuya temperatura se va a medir) y el sensor (que mide la temperatura) no pueden permanecer en contacto entre sí, en otras palabras, podemos decir que si el cuerpo y el sensor no pueden permanecer en contacto entre sí durante la medición de la temperatura, entonces se utiliza el método sin contacto.
Los termómetros (instrumento de temperatura) más comunes que utilizan el método sin contacto son:
Sensores infrarrojos, pirómetros y cámaras termográficas
Sensores infrarrojos y pirómetros:
Los sensores infrarrojos y pirómetros son actualmente los instrumentos de medición de temperatura sin contacto más comunes en aplicaciones industriales, gracias a su fácil manejo y uso si el usuario conoce su principio de funcionamiento. Los sensores infrarrojos y pirómetros miden la temperatura de un objeto sin contacto con el cuerpo, pero ¿cómo es posible? La respuesta es simple: todo objeto cuya temperatura supera el cero absoluto (-273,15 K) emite radiación. Esta emisión es radiación térmica y su longitud de onda/frecuencia depende de la temperatura. Por lo tanto, esta propiedad de emisión se utiliza cuando se mide la temperatura mediante un método sin contacto.
El término radiación infrarroja también se utiliza porque la longitud de onda de la mayoría de esta radiación se encuentra en el espectro electromagnético por encima de la luz roja visible, que está en la región infrarroja.
Similar a la transmisión de radio, donde la energía emitida por un transmisor es capturada por un receptor a través de una antena y luego transformada en ondas de sonido, la radiación de calor emitida por un objeto es recibida por dispositivos de detección y transformada en señales eléctricas, y de esta manera la temperatura de un objeto se mide a través de instrumentos de medición de temperatura sin contacto.
