INTRODUCCION
La medición de magnitudes mecánicas, térmicas, eléctricas y químicas se realiza empleando dispositivos denominados sensores y transductores. Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctrica; y el transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente a la salida. Algunos dispositivos actúan de forma simultánea como sensor y transductor. El termistor es un reóstato especial, cuya resistencia varía según la temperatura en una forma definida deseada; al igual que este dispositivo encontramos la termorresistencia que es un hilo de material cuya resistencia varía con la temperatura, generalmente de forma ideal.En dicho laboratorio se utilizaron ambos dispositivos tanto el termistor como la termorresistencia variando así su temperatura para poder ver como cambia la resistencia en cada uno de ellos a diferentes temperaturas; logrando así observar claramente cada una de sus características, teniendo en cuenta además, el error arrojado con respecto al valor real y a su valor teórico.
OBJETIVOS
• Caracterizar sensores resistivos• Calcular los errores obtenidos diferenciando el de cero, ganancia y no linealidad.
MARCO TEÓRICO
Termistor: Es un tipo de transductor pasivo, sensible a la temperatura y que experimenta un gran cambio en la resistencia eléctrica cuando está sujeto a pequeños cambios de temperatura. Aunque el termistor no sea tan conocido como otros dispositivos semiconductores, tiene múltiples aplicaciones en campos tan diversos como instrumentación, astronaútica, automóviles, medicina. En algunos casos, la resistencia de un termistor a temperatura ambiente puede disminuir hasta un 6% por cada 1ºC que se eleve la temperatura. Dada esta alta sensibilidad al cambio de temperatura hacen al termistor muy conveniente para mediciones, control y compensar con precisión la temperatura. El uso de termistores está muy difundido en tales aplicaciones, en especial en el rango más bajo de temperatura de -100ºC a 300ºC.
MARCO TEÓRICO
Termistor: Es un tipo de transductor pasivo, sensible a la temperatura y que experimenta un gran cambio en la resistencia eléctrica cuando está sujeto a pequeños cambios de temperatura. Aunque el termistor no sea tan conocido como otros dispositivos semiconductores, tiene múltiples aplicaciones en campos tan diversos como instrumentación, astronaútica, automóviles, medicina. En algunos casos, la resistencia de un termistor a temperatura ambiente puede disminuir hasta un 6% por cada 1ºC que se eleve la temperatura. Dada esta alta sensibilidad al cambio de temperatura hacen al termistor muy conveniente para mediciones, control y compensar con precisión la temperatura. El uso de termistores está muy difundido en tales aplicaciones, en especial en el rango más bajo de temperatura de -100ºC a 300ºC.
ESPECIFICACIONES ELÉCTRICAS (Resistencia / Temperatura)
La relación entre la resistencia y la temperatura viene dada por la expresión:
La relación entre la resistencia y la temperatura viene dada por la expresión:
En la que:Rt= Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta Tt.R0= Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta de referencia T0.β = constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas.Hay que señalar que para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos adecuadamente.
*Ventajas:
1.- Alto rendimiento
1.- Alto rendimiento
2.- Rápido
3.- Medida de dos hilos
*Desventajas:
1.- No lineal
2.- Frágil
2.- Frágil
3.- Rango de temperaturas limitado4.- Autocalentable
Termorresistencias :
Trabaja según el principio de que en la medida que varía la temperatura, su resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación puede relacionarse con la variación de temperatura. Las termorresistencias de uso más común se fabrican de alambres finos soportados por un material aislante y luego encapsulados. El elemento encapsulado se inserta luego dentro de una vaina o tubo metálico cerrado en un extremo que se llena con un polvo aislante y se sella con cemento para impedir que absorba humedad.Desde el 1871 , año en que William Siemens utilizó por primera vez una termorresistencia, hasta hoy día han sido desarrolladas numerosas calibraciones resistencia - temperatura correspondientes al platino, y varias de ellas se han transformado en estándares nacionales en distintos países:
RC21-4-1966 de SAMA (Scientífic Apparatus Makers Association) en los EE.UU ; DIN 43760 - 1968 (Deutsches Institut für Normung e.V.) en Alemania , etc. Está. proliferación de distintos estándares nacionales comenzaron a crear problemas a medida que se iba incrementando el comercio a escala mundial. Y luego de varios años de análisis, se ha aceptado internacionalmente la curva DIN alemana bajo la estandarización de IEC identificada como IEC 751 .
Trabaja según el principio de que en la medida que varía la temperatura, su resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación puede relacionarse con la variación de temperatura. Las termorresistencias de uso más común se fabrican de alambres finos soportados por un material aislante y luego encapsulados. El elemento encapsulado se inserta luego dentro de una vaina o tubo metálico cerrado en un extremo que se llena con un polvo aislante y se sella con cemento para impedir que absorba humedad.Desde el 1871 , año en que William Siemens utilizó por primera vez una termorresistencia, hasta hoy día han sido desarrolladas numerosas calibraciones resistencia - temperatura correspondientes al platino, y varias de ellas se han transformado en estándares nacionales en distintos países:
RC21-4-1966 de SAMA (Scientífic Apparatus Makers Association) en los EE.UU ; DIN 43760 - 1968 (Deutsches Institut für Normung e.V.) en Alemania , etc. Está. proliferación de distintos estándares nacionales comenzaron a crear problemas a medida que se iba incrementando el comercio a escala mundial. Y luego de varios años de análisis, se ha aceptado internacionalmente la curva DIN alemana bajo la estandarización de IEC identificada como IEC 751 .
del hecho de que la termorresistencia de platino está siendo utilizada como estándar
internacional, el alambre de platino es el material elegido con más frecuencia para las termorresistencias de uso industrial. Las termorresistencias de platino pueden medir el rango más amplio de temperaturas son las mas exactas y estables por no ser fácilmente contaminadas por el medio en que se encuentran, y su relación resistencia -temperatura es más lineal que la de cualquier otro material con la excepción del cobre.Este tipo de sensores tiene una ventaja fundamental; son sumamente precisos y producen medidas altamente reproducibles. Su construcción permite disponer de ellos como elementos simples, dobles y, en casos muy especiales, hasta triples.
CIRCUITO PROPUESTO Y MONTAJE EXPERIMENTAL
Se debe primero determinar el margen de medida del sistema: medir la temperatura del hielo y luego la temperatura del bombillo en plena potencia.Luego calcule las temperaturas asignadas a los porcentajes establecidos, (0 %, 25%, 50%, 75%, 100% del margen de medida).
Proceda a medir la temperatura desde el valor mayor al menor, registrando los resultados en la tabla anexa. Tome nota de que debe registrar cinco valores para cada sensor, en cada parada de temperatura. Debe esperar a que se estabilice la temperatura en cada parada (unos cinco minutos), y luego tomar las lecturas cada 30 segundos. Es decir, en cada parada deben tomarse 10 lecturas: 5 para el termistor y cinco para la termorresistencia. Ambas se toman simultáneamente y por tanto se debe tardar unos 3 minutos por medida.
Luego, repita el proceso inverso: de 0 º a 100 º.
MEDIDAS
En cada uno de los casos, se deberá llenar la siguiente tabla:· De abajo para arriba (0% al 100%)
Proceda a medir la temperatura desde el valor mayor al menor, registrando los resultados en la tabla anexa. Tome nota de que debe registrar cinco valores para cada sensor, en cada parada de temperatura. Debe esperar a que se estabilice la temperatura en cada parada (unos cinco minutos), y luego tomar las lecturas cada 30 segundos. Es decir, en cada parada deben tomarse 10 lecturas: 5 para el termistor y cinco para la termorresistencia. Ambas se toman simultáneamente y por tanto se debe tardar unos 3 minutos por medida.
Luego, repita el proceso inverso: de 0 º a 100 º.
MEDIDAS
En cada uno de los casos, se deberá llenar la siguiente tabla:· De abajo para arriba (0% al 100%)
Gráfica para el termistor:- Error de cero = 4,54- Error de ganancia= 0,2686
Grafica de la termorresistencia:- Error de cero= 15,8- Error de ganancia= 0,197
De arriba para abajo (100% al 0%)
Grafica para el termistor:- Error de cero = 100,94- Error de ganancia= 1,994
Grafica de la termorresistencia:- Error de cero= 91,36- Error de ganancia= 1,8996
DESVIACION ESTANDAR Y VALORES MEDIDOS de 0% al 100%
DESVIACION ESTANDAR Y VALORES MEDIDOS de 100% al 0%
CÁLCULOS
Para el cálculo de la Temperatura experimental del termistor, tenemos la siguiente la ecuación:
Y despejando T y sustituyendo nos queda que:
Para el cálculo de la temperatura experimental de la termoresistencia, tenemos la siguiente ecuación:
Y despejando T nos queda que:
Y despejando T nos queda que:
Teorico:
Luego compararando las temperaturas teóricas y experimentales para cada sensor se calculan los errores:
- Error de cero.
- Error de ganancia
- Error de ganancia
- Error de no linealidad.
Estos errores se obtendrán mediante el uso de la curva de calibración del medidor (Temperatura experimental vs temperatura patrón).Expresar los errores de forma numérica y gráfica.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En dicho laboratorio se pudo notar que a diferentes temperaturas la resistencia de estos dispositivos varían. Como el objetivo de un sistema de medición es obtener a la salida lo más fielmente posible lo que se censa en la entrada entonces debemos tomar en cuenta las características del medidor (multimetro, en nuestro caso) y adecuar la señal para que este aporte la mayor exactitud a la medida posible.A través de la experiencia obtenida sabemos que en un sistema de medida, la resistencia no es un parámetro utilizado habitualmente para traducir una entrada, con esto queremos decir que esta no se mide directamente, como hicimos acá, si no que mediante un arreglo circuital hacemos que la variación de dicha resistencia se traduzca a una variación de corriente o voltaje proporcional a esta.La recomendación es seguir el esquema planteado al inicio del curso para un sistema de medida; y tomar en cuenta los valores teóricos de cada una de los dispositivos utilizados, en este caso el termistor y la termorresistencia donde dicho circuito se adecue al instrumento indicador de la salida, bien sea un multimetro u otro aparato.
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