Transductores de temperatura

A Transductor de temperatura es un dispositivo que convierte la cantidad térmica en cualquier cantidad física como energía mecánica, presión y señales eléctricas, etc.
Por ejemplo, en Termopar el diferencia de potencial eléctrico se produce debido a la diferencia de temperatura entre sus terminales. Así que el termopar es un transductor de temperatura.

Características principales de los transductores de temperatura

La entrada a ellos son siempre las cantidades térmicas
Generalmente convierten la cantidad térmica en eléctrica
Normalmente se utilizan para medir la temperatura y el flujo de calor

Esquema básico de los transductores de temperatura

El esquema básico de los transductores de temperatura se presenta a continuación en los siguientes pasos
Elemento sensorial
El elemento sensorial en el transductores de temperatura es el elemento cuyas propiedades cambian con el cambio de temperatura. A medida que la temperatura cambia, el cambio correspondiente ocurre en ciertas propiedades del elemento.
Ejemplo: en el Termómetros de resistencia el elemento sensor es el metal de platino.
Las condiciones deseables para la elección del elemento sensorial son como

Cambio por unidad resistencia de material por unidad de cambio de temperatura debe ser grande
El material debe tener un alto resistividad para que se utilice un volumen mínimo de material para su construcción
El material debe tener una relación continua y estable con la temperatura
Elemento de transducción
Es el elemento que transforma la salida del elemento sensor en una cantidad eléctrica. El cambio en la propiedad del elemento sensor actúa como la salida del mismo. Mide el cambio en la propiedad del elemento sensor. La salida del elemento de transducción se calibra para dar una salida que representa el cambio en la cantidad térmica.

Ejemplo: En el termopar el diferencia de potencial producido a través de los dos terminales está siendo medido por voltímetro y la magnitud de voltaje producido después de la calibración da idea del cambio de temperatura.

Tipos de transductores de temperatura

Tipos de sensores de temperatura de contacto

En estos, el elemento sensorial está en contacto directo con la fuente térmica. Utilizan la conducción para la transferencia de energía térmica.

Tipos de sensores de temperatura sin contacto

En estos, el elemento sensorial no está en contacto directo con la fuente térmica. Utilizan el principio de convección para el flujo de calor. Se utilizan varios transductores de temperatura,

Termistor

La palabra termistor se puede denominar como Resistencia Térmica. Como su nombre lo indica, es un dispositivo cuya resistencia cambia con el cambio de temperatura. Debido a su alta sensibilidad son ampliamente utilizados para las mediciones de la temperatura. Se les suele llamar el transductor de temperatura ideal. Los termistores están generalmente compuestos de una mezcla de óxidos metálicos.
Transductores de temperatura

Propiedades de los termistores

Tienen un Coeficiente Térmico Negativo, es decir, la resistencia del termistor disminuye con el aumento de la temperatura.
Están formados por el materiales semiconductores
Se hacen sensibles que RTD (Termómetro de resistencia) y termopares
Su resistencia se encuentra entre 0,5 y 0,75 M
Se utilizan generalmente en aplicaciones donde el rango de medición de la temperatura es de -60oC a 15oC.

Termómetros de resistencia

Otro tipo de transductor de temperatura es el Detector de temperatura de resistencia o RTD. Las RTD son de precisión sensores de temperatura hecho de metales conductores de alta pureza como el platino, el cobre o el níquel enrollados en una bobina y cuya resistencia eléctrica cambia como un cambio de temperatura, similar al del termistor.
Transductores de temperatura
La resistencia cambia con la siguiente relación como,

R = Resistencia del elemento a una temperatura determinada
= Coeficiente térmico del elemento
Ro = Resistencia del elemento a 0oC

Principales características de los RTD

Son muy sensibles y muy baratos comparados con los termistores y termopares
Pueden medir la temperatura desde -182,96oC a 630,74oC

Termopares

Los termopares son transductores de temperatura que consisten básicamente en dos uniones de metales disímiles, como el cobre y el constantán, que están soldados. Una de las uniones se mantiene a una temperatura constante llamada la unión de referencia (fría), mientras que la otra es la unión de medición (caliente). Cuando las dos uniones están a temperaturas diferentes, se desarrolla un voltaje a través de la unión que se utiliza para medir la temperatura.

Principio del termopar

Transductores de temperatura
Cuando las uniones de dos metales como el cobre y el constantán se conectan entre sí se produce la diferencia de potencial entre ellos. El fenómeno se llama El efecto Seebeck ya que se genera un gradiente de temperatura a lo largo de los cables conductores produciendo un EMF. Entonces el voltaje de salida de un termopar es una función de los cambios de temperatura.

Características principales de los termopares

Temperaturas extremas de entre -200oC a más de +2000oC puede medirse con termopares, lo que es una ventaja sobre el RTD y el termistor.
Son los Transductores Activos, por lo que no requieren ninguna fuente externa para la medición de la temperatura como los RTDs y los Termistores.
Son más baratos que los RTD y los termistores.
Estos tienen una precisión pequeña en comparación con los RTD y los termistores, por lo que generalmente no se utilizan para trabajos de alta precisión.