Transductores de temperatura.

1. - Termómetros de resistencia

Las características que deben tener los materiales empleados son:

1. Alto coeficiente de temperatura de la resistencia (sensibilidad). 2. Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la temperatura mayor será la variación por grado. 3. Relación lineal temperatura-resistencia. 4. Rigidez y ductilidad. 5. Estabilidad de las características en la vida útil.

Sistemas para la detección de temperatura usando RTD's

FIGURA 1.1. Circuito de detección de temperatura con RTD's sin compensación. Condición de equilibrio:

Los voltajes v1 y v1 estarán dados por:

y la salida del amplificador diferencial será:

2.- Termistores.

Donde: Rt = Resistencia del termistor. Ro = Resistencia inicial. b = Coeficiente térmico. Tt = Temperatura de trabajo en Kelvin. To = Temperatura de referencia.

. FIGURA 2.1. Relación resistencia- temperatura para un termistor Aplicaciones.

• Neumografía.

FIGURA 2.2. Aplicación en la neumografía.

• Medición de nivel.

FIGURA 2.3. Medición y control de nivel usando un termistor.

• Altímetros. • Medición de potencia en C.D. y altas

frecuencias.

3.- Termopares. Los termopares son elementos de medición de temperatura activos, esto es, que generan una señal eléctrica proporcional a la temperatura a la que están sometidos. Los termopares se componen de dos conductores de diferente coeficiente térmico unidos en sus extremos. El símbolo del termopar se muestra en la figura 3.1

Generación de corriente ene este circuito cerrado.

FIGURA. 3.2 El efecto Seebeck. Si el circuito se abre, como indica la figura 3.3, la tensión en abierto se denomina tensión Seebeck

FIGUR. 3.3. Tensión Seebec, en circuito abierto.

Para pequeños cambios de temperatura, la relación entre esta tensión VAB y la temperatura es aproximadamente lineal; la constante de proporcionalidad es el coeficiente Seebeck, α, que depende de las aleaciones que constituyen el termopar:

Es común encontrar arreglos de termopares ideados para obtener mejores respuestas en cuanto a la magnitud de fem termo generada en la unión. Cuando la señal de salida por el termopar es baja y su relación señal a ruido debe ser mejorada entonces se emplea el concepto de termopila que se logra al conectar en serie varios termopares como se aprecia en la figura 3.4.

• Termopila:

• Promediador de temperatura:

FIGURA 3.5. Promediador de temperatura.

4. Termómetros de unión PN. La corriente de conducción de una unión p-n polarizada directamente, responde exponencialmente con la tensión de forma directa, e inversa con la temperatura. Si se recuerda la ecuación característica de funcionamiento de un diodo.

Donde: q = carga del electrón, k = constante de Boltmann, T = temperatura Isat = corriente de saturación. Considerando el diodo formado por la unión base-emisor de un transistor bipolar.

FIGURA 3.1. Símbolo del termopar.

Figura 3.4. Termopila.

Pero además de la variación con T, mantiene una fuerte dependencia de Isat con la temperatura, lo que hace que no sea directamente utilizable debido a la compleja forma de dependencia con la temperatura. Si se toman N transistores idénticos al primero sobre los que se reparte igualitariamente la misma corriente Ic.

Si se toma la tensión diferencia entre ambos conjuntos, se tendrá una tensión proporcional a la temperatura absoluta pero sin tener dependencia alguna con Isat.

5. Circuitos integrados lineales como sensores de temperatura.

En general, estos dispositivos se comercializan en encapsulados de dos o tres terminales, con alimentaciones en el rango de 5-30 VCC. La salida que suministran es proporcional a la temperatura.

La figura 5.1 muestra un ejemplo de estos circuitos (modelado por una fuente de corriente), con un coeficiente de corriente de 1 mA/ºC.

Fig. 51. Configuración de medida con circuito integrado lineal detector de temperatura. Como la corriente por el AD 590 es nula a 0 ºC, también lo es la salida Vm. El potenciómetro se ajusta para conseguir un coeficiente de tensión de salida de 1 mV/ºC. La salida normalmente se transfiere a un circuito aislador para evitar los efectos de carga. El rango de funcionamiento abarca desde –50 a 150 ºC y se emplean en aplicaciones donde la temperatura varía en un rango menor que los RTD´s. A su linealidad se deben añadir como ventajas su pequeño coste, precisión a temperatura ambiente, su salida de tensión apreciable y el pequeño autocalentamiento. Esto último es consecuencia de su reducido consumo de potencia (75-100 mW).

6. Circuitos de conversión de temperatura a frecuencia.

Integrantes: -CASTRO ESCOBAR MESMER M. 20042560I -DE PAZ ALDAVE TONY 20032578B -QUISPE MENDOZA JAIME 20031071A