Los sensores de temperatura varían desde simples dispositivos termostáticos de encendido / apagado que controlan un sistema de calentamiento de agua caliente doméstica hasta tipos de semiconductores altamente sensibles que pueden controlar plantas de hornos de control de procesos complejos.
Recordamos de nuestras clases de ciencias escolares que el movimiento de las moléculas y los átomos produce calor (energía cinética) y cuanto mayor es el movimiento, más calor se genera. Los sensores de temperatura miden la cantidad de energía térmica o incluso la frialdad generada por un objeto o sistema, lo que nos permite “detectar” o detectar cualquier cambio físico en esa temperatura que produzca una salida analógica o digital.
Hay muchos tipos diferentes de sensores de temperatura disponibles y todos tienen características diferentes según su aplicación real. Un sensor de temperatura consta de dos tipos físicos básicos:
- Tipos de sensores de temperatura de contacto : estos tipos de sensores de temperatura deben estar en contacto físico con el objeto detectado y usar la conducción para monitorear los cambios de temperatura. Se pueden usar para detectar sólidos, líquidos o gases en un amplio rango de temperaturas.
- Tipos de sensores de temperatura sin contacto : estos tipos de sensores de temperatura usan convección y radiación para monitorear los cambios de temperatura. Se pueden usar para detectar líquidos y gases que emiten energía radiante a medida que el calor aumenta y el frío se deposita en el fondo en corrientes de convección o detecta la energía radiante que se transmite desde un objeto en forma de radiación infrarroja (el sol).
Los dos tipos básicos de sensores de temperatura de contacto o incluso sin contacto también pueden subdividirse en los siguientes tres grupos de sensores, Electromecánicos , Resistivos y Electrónicos, y los tres tipos se describen a continuación.
El termostato
El termostato es un sensor o interruptor de temperatura electromecánico de tipo contacto, que consiste básicamente en dos metales diferentes, como el níquel, el cobre, el tungsteno o el aluminio, etc., que se unen para formar una tira bimetálica . Las diferentes tasas de expansión lineal de los dos metales diferentes producen un movimiento de flexión mecánica cuando la tira se somete a calor.
La tira bimetálica se puede utilizar como interruptor eléctrico o como una forma mecánica de operar un interruptor eléctrico en controles termostáticos y se usa ampliamente para controlar los elementos de calentamiento de agua caliente en calderas, hornos, tanques de almacenamiento de agua caliente y en vehículos. Sistemas de refrigeración del radiador.
El termostato bimetálico
El termostato consiste en dos metales térmicamente diferentes pegados uno contra otro. Cuando hace frío, los contactos se cierran y la corriente pasa a través del termostato. Cuando se calienta, un metal se expande más que el otro y la tira bimetálica unida se dobla hacia arriba (o hacia abajo), lo que abre los contactos y evita que la corriente fluya.
Termostato de encendido / apagado
Hay dos tipos principales de tiras bimetálicas basadas principalmente en su movimiento cuando se someten a cambios de temperatura. Existen los tipos de “acción instantánea” que producen una acción instantánea de tipo “ON / OFF” u “OFF / ON” en los contactos eléctricos en un punto de temperatura establecido, y los tipos más lentos de “acción creep” que cambian gradualmente de posición. a medida que la temperatura cambia.
Los termostatos de tipo de acción rápida se usan comúnmente en nuestros hogares para controlar el punto de ajuste de la temperatura de hornos, planchas, tanques de inmersión de agua caliente y también se pueden encontrar en las paredes para controlar el sistema de calefacción doméstico.
Los tipos de enredaderas generalmente consisten en una bobina bimetálica o espiral que se desenrolla o enrolla lentamente a medida que cambia la temperatura. En general, las tiras bimetálicas de tipo enredadera son más sensibles a los cambios de temperatura que los tipos estándar de encendido / apagado a medida que la tira es más larga y delgada, lo que las hace ideales para su uso en indicadores de temperatura y diales, etc.
Aunque son muy baratos y están disponibles en un amplio rango de operación, una de las principales desventajas de los termostatos estándar de acción rápida cuando se usan como sensores de temperatura es que tienen un gran rango de histéresis desde que los contactos eléctricos se abren hasta que se vuelven a cerrar. Por ejemplo, puede configurarse a 20 o C, pero puede que no se abra hasta las 22 o C o que se cierre de nuevo hasta las 18 o C.
Por lo tanto, el rango de temperatura puede ser bastante alto. Los termostatos bimetálicos disponibles en el mercado para uso doméstico tienen tornillos de ajuste de temperatura que permiten preestablecer un punto de ajuste de temperatura y histéresis deseado más preciso.
El termistor
El termistor es otro tipo de sensor de temperatura, cuyo nombre es una combinación de las palabras Therm -ally sensible res- istor . Un termistor es un tipo especial de resistencia que cambia su resistencia física cuando se expone a cambios en la temperatura.
Termistor
Los termistores generalmente están hechos de materiales cerámicos como óxidos de níquel, manganeso o cobalto recubiertos en vidrio, lo que los hace fácilmente dañados. Su principal ventaja sobre los tipos de acción instantánea es su velocidad de respuesta a cualquier cambio en la temperatura, la precisión y la repetibilidad.
La mayoría de los tipos de termistores tienen un coeficiente de resistencia de temperatura negativo (NTC) , es decir, su valor de resistencia disminuye con un aumento de la temperatura y, por supuesto, hay algunos que tienen un coeficiente de temperatura positivo (PTC) , ya que El valor de la resistencia sube con un aumento de la temperatura.
Los termistores se construyen a partir de un material semiconductor de tipo cerámico utilizando tecnología de óxido metálico, como manganeso, cobalto y níquel, etc. El material semiconductor se forma generalmente en pequeños discos o bolas prensados que están herméticamente sellados para dar una respuesta relativamente rápida a cualquier cambio de temperatura .
Los termistores se clasifican por su valor de resistencia a temperatura ambiente (generalmente a 25 ° C), su constante de tiempo (el tiempo para reaccionar al cambio de temperatura) y su potencia nominal con respecto a la corriente que fluye a través de ellos. Al igual que las resistencias, los termistores están disponibles con valores de resistencia a temperatura ambiente desde 10’s de MΩ hasta unos pocos ohmios, pero para fines de detección generalmente se usan aquellos tipos con valores en los kiloohmios.
Los termistores son dispositivos de resistencia pasiva, lo que significa que necesitamos pasar una corriente a través de él para producir una salida de voltaje medible. Luego, los termistores generalmente se conectan en serie con una resistencia de polarización adecuada para formar una red divisora potencial y la elección de la resistencia proporciona una salida de voltaje en un punto o valor de temperatura predeterminado, por ejemplo:
Ejemplo de Sensores de Temperatura No1
El siguiente termistor tiene un valor de resistencia de 10KΩ a 25 o C y un valor de resistencia de 100Ω a 100 o C. Calcule la caída de voltaje en el termistor y, por lo tanto, su voltaje de salida (Vout) para ambas temperaturas cuando se conecta en serie con una resistencia de 1kΩ A través de una fuente de alimentación de 12v.
A 25 o C
A 100 o C
Al cambiar el valor de la resistencia fija de R2 (en nuestro ejemplo 1kΩ) a un potenciómetro o preajuste, se puede obtener una salida de voltaje a un punto de ajuste de temperatura predeterminado, por ejemplo, 5v de salida a 60 o C y variando el potenciómetro a un voltaje de salida particular El nivel se puede obtener en un rango de temperatura más amplio.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los termistores son dispositivos no lineales y sus valores de resistencia estándar a temperatura ambiente son diferentes entre los diferentes termistores, lo que se debe principalmente a los materiales semiconductores de los que están hechos. El termistor , tiene un cambio exponencial con la temperatura y, por lo tanto, tiene una constante de temperatura Beta ( β ) que se puede usar para calcular su resistencia para cualquier punto de temperatura dado.
Sin embargo, cuando se usa con un resistor en serie como en una red de divisor de voltaje o una disposición de tipo Wheatstone Bridge, la corriente obtenida en respuesta a un voltaje aplicado a la red de divisor / puente es lineal con la temperatura. Entonces, la tensión de salida a través de la resistencia se vuelve lineal con la temperatura.
Parte 02
Deja un comentario