MEDICIÓN DE TEMPERATURA
MÉTODOS DE EXPANSIÓN TÉRMICA
El termómetro de líquido en vidrio es el instrumento de medición de temperatura
más conocido y se emplea en una amplia gama de aplicaciones.
Las versiones industriales del termómetro del líquido en vidrio se emplean
normalmente para medir temperatura en el intervalo entre -200 y 1000ºC, aunque
existen instrumentos especiales que pueden medir temperaturas hasta de 1500ºC.
El principio bimetálico se emplea comúnmente en los termostatos. magnitud de la
flexión, el dispositivo se convierte en un termómetro bimetálico. Los
termómetros bimetálicos se utilizan para medir temperaturas entre -75 y 1500 ºC.
La inexactitud de los mejores instrumentos puede ser tan baja como ±0,5%,
aunque los dispositivos de esta calidad son bastante caros.
El elemento de censado en un termómetro de presión consiste
en un bulbo que contiene gas. Si el gas no estuviera confinado,
los aumentos de temperatura provocarían el aumento de su
volumen.
Por lo que el termómetro de presión no pertenece estrictamente
a la clase de instrumentos de expansión térmica, aunque se
incluye debido la relación entre el volumen (V), la presión (P) y
la temperatura de acuerdo con la ley de los gases de Boyle.
Los termómetros de presión se utilizan para medir temperaturas
en el intervalo -250 y 2000ºC. Su inexactitud típica es de ±0.5%
de la lectura de máxima escala.
INSTRUMENTOS DE EFECTO TERMOELÉCTRICO (TERMOPARES)
Los instrumentos de efecto termoeléctrico se fundamentan en el principio físico de
que, cuando cualesquiera dos metales diferentes se conectan entre sí, se genera una
fem(es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos
de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado),
es una función de la temperatura, en la unión entre los metales. La relación
fem/temperatura es no lineal, pero se aproxima a una relación lineal a lo largo de un
intervalo razonable de temperatura para ciertos pares de metales.
La fem, es una función de la diferencia de temperatura entre las uniones caliente y
de referencia. Por tanto, la temperatura de la unión de referencia debe conocerse
antes de calcular la temperatura de la unión, y esto casi siempre se efectúa
manteniéndola a 0ºC en un baño de hielo derretido.
DISPOSITIVOS DE RESISTENCIA VARIABLE
Los instrumentos se conocen ya sea como termómetros de resistencia o termistores, según si el
material que se utiliza en su construcción es un metal o un material semiconductor, y ambos son
dispositivos básicos de medición. El método normal de medición de resistencia consiste en utilizar
un puente de CD (corriente continua).
Los termómetros de resistencia de modo alternativo se conocen como dispositivos de temperatura
por resistencia (DTR o RTD, por sus siglas en inglés), aprovechan el hecho de que la resistencia de
los metales aumenta con la temperatura, aunque en una forma no lineal.
Por lo que tenemos algunos metales como el platino, cobre y níquel. De estos metales, el platino es
el más lineal y también tiene buena inactividad química: por estos motivos se prefiere el uso del
termómetro de resistencia de platino en la mayor parte de las aplicaciones. Aparte de ofrecer
características de linealidad inferiores, tanto el níquel como el cobre son muy susceptibles a la
oxidación y a la corrosión, lo que limita su exactitud y longevidad.
PIRÓMETROS DE RADIACIÓN (TERMÓMETROS DE RADIACIÓN)
Los pirómetros de radiación o también conocidos como termómetros de
radiación miden esta radiación para calcular la temperatura del objeto.
Diferentes versiones son capaces de medir temperaturas entre -20 y 1800ºC y
producen inexactitudes de la medición tan bajas como ±0,05%. Desde hace
poco tiempo, se pueden obtener versiones portátiles que operan con baterías
cuyo uso resulta particularmente conveniente.
La termografía o formación de imágenes térmicas utiliza el mismo principio
que los pirómetros de radiación e implica explorar ópticamente un objeto con
un detector de radiación infrarroja para medir la distribución de temperatura
sobre él. Las versiones más simples de los instrumentos de formación de
imágenes térmicas consisten en visores manuales que se apuntan hacia el
objeto. La resolución de la medición es alta, detectándose diferencias de
temperatura tan pequeñas como 0,1ºC.
INSTRUMENTOS INTELIGENTES DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA
Los transmisores de temperatura son cajas independientes que
están diseñadas para usarse con transductores de temperatura que
tienen una salida de voltaje cd en el intervalo de mV o una salida
en la forma de un cambio de resistencia. Por que resultan
adecuados para utilizarse con termopares, termopilas,
termómetros de resistencia, termistores y pirómetros de radiación
de banda ancha.
Los transmisores que están disponibles en el mercado actual
incluyen las siguientes funciones: amortiguamiento ajustable,
rechazo de ruido, autoajuste para desplazamientos respecto del
cero y por sensibilidad y un intervalo de medición expandido.
Estas características quizá reduzcan el nivel de inexactitud a
±0,05% de máxima escala.
MEDICIÓN DE PRESIÓN
La medición de presión constituye un requerimiento muy común en la mayor parte de
los sistemas de procesos industriales.
La presión absoluta: Es la que define la diferencia entre la presión de este mismo y el
cero absoluto de presión.
Presión manométrica: Representa la diferencia entre la presión de un fluido y la
atmosférica.
Presión diferencial: Se emplea para describir la diferencia entre dos valores de
presión, tales como las presiones en dos puntos diferentes dentro del mismo fluido.
MEDICIÓN DE PRESIONES EN EL INTERVALO MEDIO
La presión manométrica se mide por lo general en una de dos maneras, ya sea
mediante la comparación con un peso conocido que actúa sobre un área
conocida o a partir de la deflexión de elementos elásticos. Los instrumentos que
pertenecen a la primera clase son el medidor de peso muerto y el manómetro de
tubo en U, en tanto que la última clase está compuesta por el diafragma y el
tubo de Bourdon.
El manómetro de tubo en U es un tubo de vidrio en la forma de la letra “U” que
contiene un fluido. Cuando se utiliza para medir presión absoluta, un extremo
del tubo se sella y se le practica un vacío, y la presión desconocida se aplica en
el extremo abierto del tubo.
Los manómetros de tubo en U se usan por lo común para medir presiones
manométricas y diferencial hasta casi de 2 bar.
MEDICIÓN DE BAJA PRESIÓN (MENOR QUE 1,013 BAR)
Formas especiales de los tubos de Bourdon miden presiones inferiores a 10 mbar, los
manómetros los instrumentos tipo fuelle registran presiones por debajo de 0,1 mbar y los
diafragmas pueden diseñarse para medir presiones inferiores a 0,001 mbar. Otros instrumentos
más especializados que también están disponibles en el mercado permiten la medición de
presiones de vacío y, por lo general, producen una exactitud mejor que los instrumentos que se
diseñan fundamentalmente para medir presiones de escala media.
Estos medidores como termopar, termistor, de Pirani, McLeody el de ionización. Estos
instrumentos especializados son bastante caros, pero ofrecen mediciones de alta exactitud y
sensibilidad. A presiones entre 0,001 mbar y 1 bar, los medidores de termopar/ termistor, de
McLeod y de Pirani encuentran aplicación en situaciones que demandan una alta exactitud y
sensibilidad. Debajo de 0,001 mbar, estos cuatro instrumentos, junto con el medidor de
ionización, constituyen la única opción. Los medidores de termopar/ termistor registran
valores inferiores a la 10−4 mbar los de Pirani, por debajo de 10−5 mbar, y los de ionización,
inferiores a 10−13 mbar.
MEDICIÓN DE ALTA PRESIÓN (MAYOR QUE 7,000BAR)
La medición de presiones superiores a 7000 bar casi siempre se efectúa
eléctricamente monitoreando el cambio de resistencia de alambres de
materiales especiales. Los materiales que tienen características de
resistencia-presión que son adecuadamente lineales y sensibles incluyen
las aleaciones de oro-cromo y de manganina
TRANSDUCTORES DE PRESIÓN “INTELIGENTES”
La sensibilidad de la medición, la extensión del intervalo de
medida, la compensación de histéresis y de otras no linealidades,
así como la corrección de los cambios de temperatura y de presión
ambientes constituyen sólo algunas de las capacidades que ofrecen
los transductores de presión inteligentes. Se pueden obtener
inexactitudes de ±0,1% o inferiores con dispositivos de silicio de
puente piezorresistivo, por ejemplo. En vista de sus muy
superiores características, quizá sorprenda que los instrumentos de
presión inteligentes sólo representan cerca de 1% del número total
de dispositivos de medición de presión que se venden en la
actualidad.
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