Conceptos Fundamentales de Sensores y Medición de Temperatura

Conceptos básicos de instrumentación

• Sensor: Elemento que se encuentra en contacto directo con el proceso a medir. Convierte la magnitud física a medir en otra (eléctrica o no).
• Transductor: Es capaz de convertir la señal enviada por el sensor en una señal susceptible de medida.
• Acondicionador: Debido a que la señal de salida del sensor, normalmente, no tiene las características apropiadas para su medida directa, se adecua la señal por medio de un acondicionador. Este convierte la señal del sensor en una señal de tensión o intensidad normalizada.
• Transmisor: Sirven para convertir las magnitudes físicas en una señal eléctrica.
• Sonda: Los sensores suelen estar protegidos por vainas metálicas a las que se les añaden bornes de conexión. Este conjunto se llama sonda.

Parámetros de medición

• Campo de medida: Conjunto de valores de la magnitud medida para los que el dispositivo da una señal de salida con una cierta precisión.
• Alcance (span): Es la diferencia entre los valores máximo y mínimo del campo de medida.
• Sensibilidad: Es la relación entre el incremento producido a la salida del dispositivo y el incremento de la magnitud aplicado a la entrada.
• Resolución: Es la mínima variación detectable (a la salida) de la magnitud de entrada.

Errores comunes en la medición

• Error de medida: Se define como la razón entre el error total y el rango completo de medida. Se suele expresar en tanto por ciento. El error total es la diferencia entre el valor leído y el valor real.
• Error de cero (offset): Se produce cuando la magnitud a medir es nula y la señal proporcionada por el transductor no lo es.
• Error de linealidad: Ocurre cuando la curva característica no es una línea recta.
• Error de histéresis: Ocurre cuando la característica del transductor, obtenida dando valores crecientes, no coincide con la obtenida dando valores decrecientes.

Sensores de temperatura: Funcionamiento y montaje

Termopares

Su funcionamiento se basa en el efecto Seebeck, que consiste en la circulación de una corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a distinta temperatura.

Sensores PT100 (RTD)

El principio activo de las PT100 es la modificación de su resistencia eléctrica, que varía según la temperatura a la que son sometidas.

Precauciones de instalación:

• Se deben tener ciertas precauciones de limpieza y protección para prevenir errores por fugas de corriente.
• Es frecuente que cables en ambientes muy húmedos se deterioren y se produzca un paso de corriente entre ellos a través de humedad condensada.
• Se debe tener presente que existen distintas calidades y precios para el elemento sensor que va en el extremo del Pt100.
• En general, no se debe montar un Pt100 en lugares sometidos a mucha vibración, pues es probable que se fracture.

Termistores

Son semiconductores con un elevado coeficiente de temperatura, por lo que experimentan cambios muy elevados de resistencia frente a cambios térmicos. Son muy sensibles, permitiendo detectar variaciones de temperatura que no son observables con termopares o RTD.

Pueden ser de dos tipos:

• NTC: Al aumentar la temperatura, disminuye la resistencia.
• PTC: Al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia.

Sensores basados en semiconductores

Existen fundamentalmente dos tipos de circuitos integrados para la medición de temperatura:

1. Circuitos integrados que generan en su salida una tensión proporcional a la temperatura.
2. Circuitos integrados que generan en su salida una corriente proporcional a la temperatura.

Consideraciones técnicas

¿Qué sensores son los más utilizados?

El termopar es el sensor más empleado en los sistemas de medición de temperatura debido a que son económicos, de sencilla instalación y poseen una precisión ajustada a distintos procesos.

Autocalentamiento

Cuando la corriente de medición atraviesa el sensor RTD, causa un ligero calentamiento del mismo. Este fenómeno se denomina autocalentamiento y provoca un pequeño error en la medición final.