Descripción de los sensores de temperatura 

PRECISIÓN Y CALIDAD 

El tipo de materiales en la elaboración de la sonda, su forma física y el tipo de sensor, va a ser lo que permita que el producto final tenga las características necesarias para las que va a ser destinada la sonda de temperatura. 

De sensores hay de varias calidades, los más precisos suelen ser los más caros, por lo tanto, en función de las necesidades, escogeremos un sensor u otro. Tampoco hemos de olvidar que cada sensor tiene un rango “estrella” de uso, y ello depende de la relación precio/calidad. 

Podemos decir que en el sector de frío industrial es habitual el uso de los sensores tipo PTC, NTC, PT100. En cambio, en el sector de laboratorios y comprobación son más corrientes los de tipo PT100, T, K. Y en el sector de domótica y aire acondicionado el de tipo NTC. Por lo general, en la fabricación de maquinaria se usan casi todos los sensores, dependiendo de las características generales ya mencionadas. 

Además de determinar el tipo de sensor que necesitamos, podemos también buscar mayor o menor precisión escogiendo la tolerancia máxima que precisamos para el proceso que vamos a ejecutar. Para ello, cada tipo de sensor presenta unas calidades –que nos muestran los fabricantes– en función de las clasificaciones de las tolerancias. Por ejemplo, en el caso de los sensores tipo Pt100, probablemente entre los más difundidos en el sector de procesos figuren los de tipo B, A, de 1/3 a 1/10 DIN (de menor a mayor precisión). 

CLASIFICACIÓN DE LOS TERMOPARES Y RANGOS TEÓRICOS DE TRABAJO 

El rango de temperatura es el límite inferior y superior al que se puede ver expuesto el sensor. Se puede diferenciar entre el rango de trabajo, que es el margen de temperatura al que se ve expuesto normalmente, sin perjudicar sus características ni durabilidad, y el rango momentáneo o puntual al que podemos someter el sensor de forma ocasional.

RANGOS

TERMOPAR

Conjunto compuesto por dos metales de distinta naturaleza, unidos entre sí por uno de sus extremos, que al ser calentado genera una fuerza electromotriz (f.e.m.) al cerrar el bucle por el otro extremo (zona fría) de manera proporcional, pero no lineal, a la temperatura.

TERMORRESISTENCIAS (RTD)

El principio de funcionamiento está basado en la variación del valor óhmico, de forma proporcional y muy lineal, en función de la temperatura.

DIVISIÓN: PTC Y NTC

PTC: Al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia.

NTC: Al aumentar la temperatura, disminuye la resistencia.

CARACTERÍSTICAS

Por la naturaleza del material del que son construidas, cabe destacar la termorresistencia de platino (Pt), elemento que permite que sean altamente precisas, estables y de elevada repetibilidad. El rango de precisión alcanza desde ± 0,35ºC (1 DIN) hasta ± 0,03ºC (1/10 DIN), referencia a 0ºC.

El modelo más comúnmente utilizado es la Pt100, referencia 100 W a 0ºC. Otros tipos pueden ser Pt500, Pt1000, y también las hay de níquel: Ni100, Ni200, etc.

Un factor importante a tener en cuenta es que la precisión de los sensores varía según el rango medido. Así, podemos encontrar un sensor que cumpla el rango que deseamos medir, pero en alguna zona del rango no sea suficiente preciso, por ello debemos mirar la precisiones en todos los rangos.

TOLERANCIAS DE LA Pt100

Normalmente las PTC estándar mantienen una tolerancia de 0,5 a 1ºC.

Normalmente las NTC estándar mantienen una tolerancia de 0,3 a 0,4ºC.

TIEMPO DE RESPUESTA

Una vez escogido el sensor, lo mecanizaremos de la mejor manera posible para buscar tiempos de respuesta rápidos en los procesos que lo requieran, y viceversa. Es bastante habitual para medir la temperatura ambiente montar el sensor de manera que el aire o medio a medir esté en contacto directo con el sensor, siempre y cuando el ambiente mantenga unas condiciones de limpieza. Lo dicho se puede conseguir perforando la vaina de acero inoxidable de recubrimiento, tal como se aprecia en la imagen.

Puede ocurrir que lo que interese sea medir la temperatura exterior sin que la vaina de acero inoxidable se vea influenciada por la exposición directa del sol –la cual se calienta alargando las inercias de los cambios de temperatura–. De igual manera, podemos necesitar una medición de la temperatura exterior que no se vea alterada por la temperatura del muro/suelo donde está sujetada la sonda, el cual intercambia temperatura con la sonda. Para este tipo de mediciones, proponemos un montaje que evita el contacto directo con el suelo o muro y la exposición directa al sol.

Si lo que deseamos es lo contrario, que el medio a medir traspase su temperatura por contacto, como por ejemplo la temperatura de un gas o un líquido en una tubería, optaremos por mecanizar la sonda teniendo en cuenta que las paredes de recubrimiento de la tubería y del sensor deben ser lo más delgadas posible, estar pulidas para favorecer el contacto, y ayudarse, si es preciso, de una pasta conductora entre la sonda y la tubería o entre la sonda y el medio a medir. En este tipo de sondas es frecuente recubrir la sonda con un aislante del tipo armaflex u otros (ver imagen), con el objetivo de que la medición no quede afectada por la temperatura exterior a la de contacto.  

Una variante para las medidas rápidas o de contacto que suele llevarse a la práctica en los sensores tipo j, k, s, t es soldar el sensor a su propia carcasa para que ésta ayude a la lectura de la sonda.

La sensibilidad del sistema puede verse afectada por el espesor de la vaina, la distancia entre el sensor y la vaina, el material de la vaina o del recubrimiento, el diámetro de la vaina (véase gráfico), etc. Estas características no sólo afectan a la sensibilidad sino a la propia dureza y consistencia de la sonda. En este sentido, si equilibramos el tipo de sensor y el método de construcción con los materiales adecuados, obtendremos el resultado óptimo.  

Un ejemplo que puede ayudar a entender los diversos factores que influyen a la hora de determinar qué sonda utilizar podría ser el siguiente: tenemos una sonda con un extremo en forma de pincho de acero inoxidable y de 3 mm de diámetro y lo usamos para medir la temperatura de un jamón serrano para valorar el proceso de curación. Esta sonda obtendrá un tiempo de respuesta corto, la lectura será muy rápida, pero su durabilidad será corta, ya que con el tiempo se irá doblando por el uso hasta llegarse a romper. Si, por el contrario, usamos una sonda con un diámetro de 4 o 6 mm, el tiempo de respuesta será mayor, pero su durabilidad también. En cada aplicación hay que valorar todas las características y decidir cuál es la combinación que mejor se adapta a nuestras necesidades.

No hay que olvidar que la lectura más fiable y rápida de un sensor es el propio sensor, es decir, sin ningún medio que haga de aislante entre el medio a medir y el sensor.

MECANIZACIÓN DEL SENSOR

Existen infinitas maneras de realizar las sondas, no obstante, podemos hablar de las más comunes. Llamamos vaina a una tubería cerrada por un solo extremo, normalmente de acero inoxidable. En interior se sitúa el sensor de temperatura. En función, por tanto, de las vainas, podemos distinguir:

• Vainas rectas con cables

• Vainas más cabezales din B (un protector, normalmente metálico, donde está el conexionado de la sonda)

• Vainas más cabezales mini-din (protector similar al din B, pero con dimensiones más reducidas)

• Vainas fijadas a cajas de plástico abs, o metálicas

•  Etc.

CABEZALES

Se clasifican según las normas DIN en tipo A, tipo B, tipo C, tipo BBK, tipo ABK y además antideflagrantes. Pueden disponer de zócalos de conexión, transmisores de intensidad, etc.

SISTEMAS DE FIJACIÓN

Rácores fijos, rácores deslizables (ariete por bicono), bridas, termopozos, etc.

VAINAS DE PROTECCIÓN

En función de la temperatura y el medio donde se alojan los sensores se adecuarán las vainas de protección pertinentes.

NÚMERO DE SENSORES

Si necesitamos tomar varias lecturas podemos usar la misma vaina y mecanización poniendo dos sensores. Un ejemplo de esto podría ser que deseáramos marcar en un termómetro y registrar en una impresora, o en un medio de registro tipo plc o adquisidor de datos. A estos tipos se les puede añadir accesorios, roscas, bayonetas.

El montaje de dos sensores en una misma sonda es una solución económica dado que la propia construcción y materiales de la sonda se amortizan para varias medidas. Con esta solución muchas veces se ve beneficiado el cliente.

Cuando lo que deseamos es enviar una misma temperatura a varios equipos, existe una solución  más industrial y blindada a interferencias electrónicas o electromagnéticas, que es el uso de conversores de señal.

CERTIFICACIONES

Hoy en día son cada vez mayores las exigencias de calidad que se nos impone. En el campo de la temperatura industrial existen varios tipos de certificados temporales que nos explican el comportamiento de nuestra sonda contrastado con los valores teóricos que debería medir. Éstos son los certificados de calibración y similares.

PRECIOS

Como en casi todo, los volúmenes de piezas usadas hacen disminuir costes y, por tanto, el producto final es más competitivo. Por esta razón los sensores de menor precisión, pero de mayor rotación (ptc, ntc) son los más competitivos.

A la carrera competitiva les siguen los sensores de tipo J y K, que son de precisión media. No obstante, no podemos generalizar, pues dentro de este tipo de sensores los hay de muy precisos, aunque en estos casos el coste es superior.  

Los Pt100, que en la carrera económica corren como terceros, representan una  línea con distintas precisiones, y según aumenta ésta su coste también lo hace.

Y los especiales y restantes a nuestro parecer son los más caros y difíciles de encontrar. En este capítulo hay que dejar la puerta abierta a que sean económicos y sencillos de fabricar a los posibles desconocidos, y a los que saldrán en un futuro.

Es importante antes de escoger que sensor usar dejarse asesorar por profesionales que le puedan brindar su experiencia para encontrar el equilibrio entre la parte económica, la durabilidad del sensor y su mecanización, en función de la aplicación que desee implementar.