CALIBRACIN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIN DE TEMPERATURA

CALIBRACIN DE TERMISTORESI. INTRODUCCIN:Las plantas modernas de procesos de hoy en da, los procesos de produccin y sistemas de calidad, ponen nuevos y estrictos requisitos en la exactitud de los instrumentos de proceso y de control de procesos. Los sistemas de calidad, como las normas ISO 14000 e ISO9000 relacionadas a estndares de calidad, exigen calibraciones sistemticas y bien documentadas. No obstante, descuidar la calibracin puede desembocar en una parada de produccin o en un periodo de inactividad de una mquina no previstos, en problemas de calidad de los productos y los procesos o incluso en una retirada y modificacin del producto.La temperatura de un cuerpo indica en qu direccin se desplazar el calor al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a temperaturas distintas, ya que ste pasa siempre del cuerpo cuya temperatura es superior al que tiene la temperatura ms baja; el proceso contina hasta que las temperaturas de ambos se igualan. Llamamos temperatura es una magnitud que caracteriza el equilibrio trmico (principio cero de la termodinmica): Si dos sistemas estn en equilibrio trmico con un tercero, estn en equilibrio trmico entre s. En ese sentido, un termmetro es un sistema indicador del equilibrio trmico entre l mismo y los restantes sistemas. La lectura del termmetro es la temperatura de todos los sistemas en equilibrio trmico con l. La temperatura slo puede medirse por mtodos indirectos, correspondiendo la medida directa al cambio que produce la variacin de temperatura en alguna propiedad macroscpica del termmetro. Las propiedades que experimentan cambios con la temperatura se denominan propiedades termomtricas. Entre ellas podemos citar el volumen de un lquido, la longitud de una varilla, la resistencia elctrica de un conductor, la f.e.m. termoelctrica, el color de un filamento incandescente, la presin de un gas que se mantiene a volumen constante, el volumen de un gas a presin constante, etc. pudindose emplear cualquiera de esta propiedades termomtricas para construir un termmetro, previo establecimiento de una escala particular de temperaturas.

II. OBJETIVOS: Determinar las ecuaciones de calibracin de instrumentos de medicin de temperatura (termistores).III. MATERIALES Y MTODOS:Materiales: Agua Termmetro Termistores (t1 y t2) Sistema de calentamiento Sistema de enfriamientoMtodos:

Finalmente se construirn grficas (Tvst1 y Tvst2) en una hoja de clculo de Excel, para calcular las ecuaciones de calibracin de cada termistor.

IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES:Tras seguir la metodologa, se obtuvieron los datos (ver anexo 1) de temperaturas, tanto para el termmetro como para los termistores (t1 y t2), stos sirvieron para construir las grficas de calibracin siguientes:

Figura1. Calibracin del termistor (t1) en condiciones de calor elevado

En la figura1 se puede notar que los datos obtenidos tienen un alto grado de ajuste, lo que indica que con las constantes obtenidas se puede tener un valor de calibracin muy cercano al valor medido con el termmetro de mercurio.Figura2. Calibracin del termistor (t2) en condiciones de calor elevado

En la figura2, sucede lo mismo que en la figura 1, el valor de r es muy alto, por lo que con los valores de las constantes de las ecuaciones se podr obtener un valor fidedigno en las medidas de las temperaturas luego de establecer las ecuaciones de calibracin.

Figura3. Calibracin del termistor (t1) en condiciones de bajas temperaturas

En la figura 3, se observa que la dispersin es mayor y los valores de las constantes son ms elevadas, de ello se deduce que usando el termistor t1 a temperaturas bajas se tendrn mayores variaciones en el valor real de temperatura.Figura4. Calibracin del termistor (t2) en condiciones de bajas temperaturas

En el caso de la figura 4, se incrementa la dispersin an ms de lo que se deduce nuevamente que el termistor t2 tendr algunas mayores variaciones en el valor real de la temperatura medida cuando se trabaje a temperaturas bajas.Como se ha podido observar en las figuras 1, 2, 3 y 4 existe una variacin en la medida de temperatura de los termistores con respecto al valor real, lo cual si no fuese tomado en cuenta se tendran valores de mediciones falsos, en algunos casos con mayor variacin que en otros, y segn lo observado, depende mucho de las condiciones ya sea cuando se trabaje a temperaturas elevadas o a temperaturas bajas, como se ha visto cuando se trabaja a temperaturas elevadas a el coeficiente R2 fue ms alto y adems las constantes obtenidas en la ecuacin no difera mucho el valor real con el medido con el termistor, sin embargo cuando se cambiaron las condiciones a temperaturas ms bajas, se pudo observar que las constantes eran mucho ms elevadas lo que por ende provocaba que el valor medido con el termistor difiera en mayor grado con el valor real.Segn Creus 2011, los dispositivos que son capaces de transformar un tipo de energa (mecnica, trmica, elctrica, ptica, acstica, etc.) en otra, se llaman transductores. A travs de ellos se pueden relacionar dos variables fsicas en forma dependiente. De esta manera, a travs de la medida de una de estas variables fsicas, podemos obtener informacin sobre la otra. Cuando un transductor es usado de esta forma se le llama sensor. A nosotros nos interesan en esta prctica aquellos sensores que son capaces de medir temperatura, transformndola en una seal elctrica. Los termistores: Denominamos termistor a aquel sensor que es capaz de dar una indicacin de la temperatura a travs de la variacin de su resistencia elctrica. Ms precisamente en esta prctica utilizaremos un termistor semiconductorBolton 1995 nos dice que los instrumentos pueden dar diferentes lecturas y en consecuencia errores, para el mismo valor de una cantidad medida dependiendo de si la lectura se ha realizado incrementndose continuamente o decrementandose de la misma manera, esto se conoce como histresis, Esto se conoce como histresis y sucede como resultado de cosas tales como el rozamiento de cojinetes y movimiento lento de engranaje del instrumento. El error de histresis es la diferencia entre el valor medido que se ha obtenido cuando la cantidad medida se ha incrementado y cuando ha decrecido ese valor. La histresis se expresa a menudo en trmino de la mxima histresis como un porcentaje de la desviacin a fondo de escala.Segn Valderrama 1996 el desvo en los transductores tipo termistores, es debido , principalmente a la estructura cristalina del semiconductor, que es funcin de la sinterizacin y velocidad de enfriamiento.La seleccin del criterio de monitorizacin es principalmente dependiente de los mecanismos de inestabilidad de cada transductor, adems de la incertidumbre de medicin tolerada y de la disponibilidad del transductor. La decisin, respecto del nuevo intervalo de calibracin es principalmente dependiente del personal involucrado en el proceso, esta subjetividad se reduce con el uso de modelos matemticos.Otra observacin en las figuras mencionadas, es que tanto la curva de aumento de temperatura como la de disminucin en el caso de altas temperaturas, y por otro lado en bajas temperaturas; se observa que no existe mucha separacin entre ambas, por lo que para determinar los valores de histresis se hace un poco complicado.En resumen, las frmulas obtenidas para aplicar a los datos ledos por los termistores, servirn para la aplicacin de operaciones de suma, resta multiplicacin o divisin que se deber hacer al valor ledo para obtener el valor real. Esto se expresa en la siguiente tabla:

Tabla1. Valores de calibracin de los termistores (t1 y t2)

t1Calentamiento25-100CValor ledot1Valor real1.0142*t1+0.2367

Enfriamiento100-25CValor ledot1Valor real1.0515+t1-1.0828

Calentamiento0-25CValor ledot1Valor real1.0433*t1-1.5493

Enfriamiento25-0CValor ledot1Valor real1.0712*t1-1.6972

t2Calentamiento25-100CValor ledot2Valor real0.9692*t2+0.2138

Enfriamiento100-25CValor ledot2Valor real1.0017*t2-0.6752

Calentamiento0-25CValor ledot2Valor real1.0261*t2-2.5350

Enfriamiento25-0CValor ledot2Valor real1.0606*t2-2.9072

V. CONCLUSIONES: Las ecuaciones obtenidas para la Calibracin del termistor (t1) en condiciones de calor elevado y la Calibracin del termistor (t2) en condiciones de calor elevado, tienen menos variacin con los valores reales medidos por el termmetro de mercurio. Las ecuaciones obtenidas para la Calibracin del termistor (t1) en condiciones de bajas temperaturas y la Calibracin del termistor (t2) en condiciones de bajas temperaturas, presentan mayor variacin con respecto al valor real medido por el termmetro de mercurio, siendo el termistor 2 el que presenta mayor variacin. Estas variaciones respecto del nuevo intervalo de calibracin es principalmente dependiente del personal involucrado en el proceso.VI. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS:Creus Antonio 2011, instrumentacin industrial,8 edicin, Marcombo S.A, Barcelona EspaaW. Bolton 1995, Mediciones y pruebas elctricas y electrnicas, edt. Marcombo, Espaa.Valderrama Jose o. 1996, Informacin tecnolgica, vol 7 . Edt Valderrama, La serena, Chile.

VII. ANEXOS:

1

ANEXO 1. Tabla de datos en la calibracin de los termistores- temperaturas altasCALENTAMIENTO 25 - 100C

tiempo(Min)Tt1t2

02524.726.5

12827.529.1

23130.832.1

33533.735.8

44543.545.7

54846.548.4

65048.751.5

75351.854.1

8555456.6

95755.858.4

1059.558.661

1161.560.862.7

1263.562.164.9

136563.866.8

1466.565.368.3

156866.569.5

166967.770.8

1770.569.572.5

1871.670.673.7

1972.371.174.7

207371.675.1

2174.573.676.5

227574.477.7

237675.278.3

2476.575.478.9

25777679.1

2677.276.179.6

2777.576.379.8

28787780.4

2978.877.580.9

3078.977.781.3

317977.381.3

327978.181.9

337977.781.4

3479.578.482

3580.579.282.2

368280.684.3

3784.584.187.4

388786.489.5

3989.58892.1

409189.293.9

4191.589.694.3

4292.190.295

4392.590.295.2

4492.890.195.3

459390.795.7

ENFRIAMIENTO 100 A 25

tiempo (Min)Tt1t2

08581.985.3

18278.582.3

27874.978.6

47572.275.6

57269.773

67067.470.9

76865.768.8

86663.666.7

96461.964.8

106260.863.1

116158.961.5

125957.960.2

135856.658.7

145755.457.5

155654.356.1

165553.155.2

175452.154.1

185351.253.2

195250.252.3

205149.751.4

215048.950.5

224947.749.9

234947.349

244846.848.4

254745.947.4

264745.446.9

274644.746

284544.145.6

294543.545

30444344.4

314342.343.8

324341.843.3

334241.342.9

344140.441.9

35414041.5

364039.541.1

374039.140.6

383938.740.3

393938.440

40393839.6

413937.639.2

423837.338.9

43383738.6

443836.838.3

453736.537.9

463736.237.7

47373637.5

483635.637

493635.336.8

503635.136.6

513634.936.4

523534.636.1

533534.335.4

543534.135.6

55353435.4

563433.735.2

573433.535

583433.334.8

593433.134.6

60343334.4

613432.834.3

11

Anexo2. Tabla de datos en la calibracin de los termistores- temperaturas bajas

ENFRIAMIENTO

tiempo (min)Tt1t2

0

1141515.9

21313.615.2

31213.214.2

41212.914.2

51011.212.3

69.810.611.8

79.510.311.5

8910.111.1

991011.1

108.59.610.6

1189.410.4

127.59.110.2

137.58.910

147.58.79.9

156.57.89

1667.58.8

175.578.1

1856.57.5

1956.37.2

2056.37

213.54.65.4

2234.54.9

232.53.74.7

2423.24.1

250.52.13.2

26023.1

CALENTAMIENTO

tiempo (min)Tt1t2

1023.1

244.96.2

345.46.7

455.97.1

556.57.7

65.56.98

7678.2

86.57.48.6

96.57.68.9

106.87.78.9

117.18.89.3

128.59.210.6

13910.411.5

14910.411.6

159.510.611.7

161010.611.8

171010.812

181112.213.4

1911.512.613.8

201213.314.5

211313.915.2

221313.915.2

2313.514.315.7

241414.515.9

2514.915.416.7

2615.715.717.1

271616.417.8

2816.516.618