Sumario: La Medición de temperaturas. Termómetros de expansión o dilatación de líquidos. Termómetros bimetálicos. Fusión de sólidos. Termopares. Pirómetros.
Summary: The measurement of temperatures. Thermometers of expansion or expansion of liquids. Bimetal thermometers. Fusion of solids. Thermocouples. pyrometers.
MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
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Los dispositivos para medir temperatura miden generalmente un cambio físico (dilatación de un sólido, líquido o gas), o un cambio de estado (sólido o líquido), o un cambio energético (cambios en el potencial de la energía eléctrica, o sea, en la tensión), o cambios en la emisión térmica por radiación y/o distribución espectral.
A continuación describimos los principios de funcionamiento de los aparatos más usuales para medir temperaturas.
Termómetros de expansión o dilatación de líquidos:
Consiste en un tubo parcialmente lleno de un líquido que se contrae o se expande con el cambio de temperatura. Dicho tubo está calibrado para poder realizar lecturas del nivel de expansión o contracción del líquido en grados de una de las escalas de temperatura.
El más simple es el termómetro de mercurio. A medida que el mercurio cambia de temperatura, se expande o se contrae, por lo que si limitamos su expansión a lo largo de una línea recta, podemos marcar el recipiente (un tubo de vidrio delgado) con una escala lineal y la temperatura seguirá esa escala.
Termómetros bimetálicos:
Consta de dos metales con dos diferentes coeficientes de expansión, laminados y dispuestos en forma de cinta o espiral. Al cambiar la temperatura, las dos partes del metal laminado se expanden o contraen haciendo que la cinta o la espiral se deforme. Esta deformación se mide en una escala calibrada en grados de temperatura.
La construcción de este termómetro se puede hacer usando dos tiras bimetálicas que están conectadas para formar coeficientes de expansión térmica diferentes. Generalmente, es un dispositivo mecánico donde la acción mecánica de este dispositivo puede usarse para activar los mecanismos de conmutación para adquirir una salida electrónica.
El principio de funcionamiento de este termómetro depende principalmente de dos propiedades básicas de temperatura del metal como las siguientes.
Una vez que cambie la temperatura, habrá un cambio en la dimensión física de los metales. Cada vez que aumenta la temperatura, la tira de metal gira en la dirección del metal de menor coeficiente de temperatura. De manera similar, cuando la temperatura se reduce, la tira gira en la dirección de un metal de alto coeficiente de temperatura.
Estos termómetros se clasifican en dos tipos, como la tira espiral y el tipo helicoidal. Estos dos termómetros se utilizan para mantener el tamaño del termómetro en un límite manejable.
Termómetro bimetálico tipo espiral: El diseño de este termómetro se puede hacer envolviendo la tira bimetálica en este termómetro. El interior de la espiral se puede conectar en la dirección de la carcasa y se puede conectar un puntero al exterior de la espiral. La temperatura que se mide se puede leer en una escala estandarizada. El inconveniente de este dispositivo es que no podemos separar el sensor de temperatura y el dial entre sí.
Termómetro bimetálico de tipo helicoidal: En muchas situaciones, es esencial separar el puntero de la bobina bimetálica. El sensor de temperatura debe colocarse en la tubería y la temperatura se puede mostrar en el exterior de la tubería.
Fusión de sólidos:
Este método se vale de la propiedad de los sólidos de fundirse o cambiar de estado con el aumento de temperatura.
En este tipo de termómetro, un cuerpo sólido (metal, producto químico o mezcla química), cuyo punto de fusión es perfectamente conocido, indica si un objeto caliente está por encima o por debajo del punto de fusión del sólido.
El metal ecléctico de un rociador (sprinkler) experimenta esta fusión cuando se somete al fuego, lo que pone en acción al rociador.
Termopares:
Los termopares constan de un par de alambres de metales distintos conectados entre sí por un extremo; o sea, por el extremo detector, mientras que los otros extremos van conectados a un voltímetro. Si la temperatura que actúa sobre el extremo detector es diferente de la que actúa sobre el voltímetro, produce una tensión cuya magnitud depende, en parte, de la diferencia de temperatura entre ambos extremos. Podemos calibrar el voltímetro para medir valores en grados de temperatura.
Los termopares se clasifican en diferentes tipos, a saber, tipo K, tipo J, tipo T, tipo E, tipo N, tipo S, tipo R y tipo B. Estos tipos de termopares tienen sus propias características. Pero, un termopar está rodeado por una funda de seguridad para separarlo del entorno. Esta funda de seguridad reducirá drásticamente el efecto de la corrosión.
Termopar tipo J: Este es el termopar que se usa con más frecuencia y consta de patas positivas (hierro) y negativas (constantán). Las aplicaciones de este termopar incluyen entornos reductores, de vacío, oxidantes e inertes. El rango de temperatura de este termopar es bajo y la vida útil es menor a alta temperatura en comparación con el tipo K. Es igual al K-Type en términos de confiabilidad y costo.
Termopar tipo K: El termopar tipo k es el tipo de termómetro más común y consta de patas positivas (cromel) y negativas (alumel). Este termopar se sugiere para atmósferas inertes u oxidantes de hasta 2300º F Ciclado por encima pero no recomendado por debajo de 1800º F debido a la variación de EMF debido a la histéresis. Es bastante estable y preciso a altas temperaturas.
Termopar tipo N: El termopar tipo N consta de patas positivas (Nicrosil) y negativas (Nisil). Tiene una resistencia superior a la degradación debido al ciclo de temperatura, histéresis y podredumbre verde que el tipo K.
Termopar tipo T: El termopar tipo T consta de patas positivas (cobre) y negativas (Constantan). Las aplicaciones incluyen principalmente oxidantes, reductores, en el vacío y ambientes inertes. Mantiene una resistencia estable a la descomposición en la mayoría de los entornos, así como una alta estabilidad en temperaturas bajo cero.
Termopar tipo E: El termopar tipo E consta de patas positivas (Cromel) y negativas (Constantan), y no se enfoca en la oxidación en las atmósferas. Este tipo también tiene la EMF máxima por grado como cualquier tipo típico de termopar. Pero, este tipo debe ser defendido de ambientes sulfurosos.
Termopar tipo S: El termopar tipo S se utiliza en aplicaciones de temperatura extremadamente alta. Las aplicaciones de esto involucran principalmente a las industrias farmacéutica y biotecnológica. A veces, se utiliza en aplicaciones de baja temperatura debido a su estabilidad y alta precisión.
Termopar tipo B: El termopar tipo B se usa mucho en aplicaciones de alta temperatura, y el límite de temperatura de este es más alto que otros tipos de termopares discutidos anteriormente. Mantiene un alto nivel de precisión y constancia a temperaturas muy altas.
Termopar tipo R: El termopar tipo R es aplicable para alta temperatura. Consiste en un alto porcentaje de elementos químicos (rodio) que el tipo S. Este tipo es muy comparable al S-Type en términos del acto. A veces, se utiliza en aplicaciones de baja temperatura debido a su estabilidad y alta precisión.
Pirómetros:
Los pirómetros miden la intensidad de la radiación procedente de un objeto caliente. Como dicha intensidad depende de la temperatura, éstos pueden calibrarse para obtener lecturas en grados de temperatura. Los pirómetros ópticos miden la intensidad de una cierta longitud de onda de la radiación.
También se conoce como termómetro infrarrojo o termómetro de radiación o termómetro sin contacto que se utiliza para detectar la temperatura de la superficie de un objeto, que depende de la radiación (infrarroja o visible) emitida por el objeto.
Los pirómetros actúan como fotodetectores debido a la propiedad de absorber energía y medir la intensidad de la onda EM en cualquier longitud de onda.
Estos dispositivos pueden medir la temperatura con mucha precisión y rápidamente. Los pirómetros están disponibles en diferentes rangos espectrales (desde metales: rangos de onda corta y no metales: rangos de onda larga).
El principio básico del pirómetro es que mide la temperatura del objeto al detectar el calor/la radiación emitida por el objeto sin hacer contacto con el objeto. Registra el nivel de temperatura dependiendo de la intensidad de la radiación emitida.
El pirómetro tiene dos componentes básicos como el sistema óptico y los detectores que se utilizan para medir la temperatura de la superficie del objeto.
Cuando se toma cualquier objeto cuya temperatura superficial se va a medir con el pirómetro, el sistema óptico capturará la energía emitida por el objeto. Luego, la radiación se envía al detector, que es muy sensible a las ondas de radiación.
La salida del detector se refiere al nivel de temperatura del objeto debido a la radiación. Tenga en cuenta que la temperatura del detector analizado utilizando el nivel de radiación es directamente proporcional a la temperatura del objeto.
La radiación emitida por cada objeto objetivo con su temperatura real va más allá de la temperatura absoluta (-273,15 grados centígrados). Esta radiación emitida se denomina infrarroja, que está por encima de la luz roja visible en el espectro electromagnético.
La energía radiada se utiliza para detectar la temperatura del objeto y se convierte en señales eléctricas con la ayuda de un detector.
Para detectar la temperatura de los diferentes objetos, los pirómetros se clasifican en 2 tipos:
Pirómetros ópticos: Estos son uno de los tipos de pirómetros utilizados para detectar la radiación térmica del espectro visible.
La temperatura de los objetos calientes medidos dependerá de la luz visible que emitan. Los pirómetros ópticos son capaces de proporcionar una comparación visual entre una fuente de luz calibrada y la superficie del objeto objetivo
Cuando la temperatura del filamento y la superficie del objeto es la misma, la intensidad de la radiación térmica causada por el filamento se fusiona con la superficie del objeto objetivo y se vuelve invisible.
Cuando ocurre este proceso, la corriente que pasa a través del filamento se convierte en un nivel de temperatura.
Pirómetros infrarrojos o de radiación: Estos pirómetros están diseñados para detectar radiación térmica en la región infrarroja, que suele estar a una distancia de 2-14 um.
Mide la temperatura de un objeto a partir de la radiación emitida. Esta radiación se puede dirigir a un termopar para convertirla en señales eléctricas. Porque el termopar es capaz de generar una corriente mayor igual al calor emitido.
Los pirómetros infrarrojos están hechos de materiales piroeléctricos como el fluoruro de polivinilideno (PVDF), el sulfato de triglicina (TGS) y el tantalato de litio (LiTaO3).