¿Cómo se mide la cantidad de calor de un cuerpo? La cantidad de calor o el grado de calor se mide sobre una escala específica y es una propiedad de un cuerpo llamada temperatura. La temperatura es una medida de la energía total promedio que tiene cada partícula del objeto. En un cuerpo más caliente las partículas se mueven más rápido, debido a que tienen mayor energía cinética. La temperatura no depende del número de partículas que posea un objeto, la energía térmica sí. Los sensores de temperatura son dispositivos capaces de transformar una magnitud llamada variable de instrumentación, en este caso la temperatura, en una magnitud eléctrica. Los sensores de temperatura se integran dentro de los dispositivos empleados en los sistemas domóticos, tanto para control como para gestión energética.
Calor y temperatura son dos cosas diferentes. El calor es la energía que fluye como consecuencia de la diferencia de temperatura entre dos cuerpos, y la temperatura es la medida de la energía cinética promedio de un determinado cuerpo.
Existen diferentes dispositivos para la medición de la temperatura:
• Eléctricos: Termocuplas o Termopares, Termorresistencias, Termistores, Resistores de carbono, Diodos, Detectores de ruido Johnson, Transistores, Cristales de cuarzo, Sales paramagnéticas.
• Mecánicos: Sistemas de dilatación, Termómetros de vidrio con líquidos, Termómetros bimetálicos.
• Radiación térmica: Pirómetros de radiación.
• Otros: Indicadores de color, Pirométricos, Sensores ultrasónicos, Termómetros acústicos, Cristales líquidos, Sensores fluídicos, Indicadores de luminiscencia, etc.
Sensores de temperatura
Un sensor es un dispositivo que es capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, en nuestro caso la temperatura, en magnitudes eléctricas. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable a medir. Hay sensores que además de medir esta variable pueden convertirla en una señal estándar para analizar posteriormente sus cambios.
Sensor de temperatura NIESSEN|
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Tipos
Termistores
Un termistor es un resistor cuyo valor varía en función de la temperatura.
Existen dos clases de termistores: NTC (Negative Temperature Coefficient, Coeficiente de Temperatura Negativo), que es una resistencia variable cuyo valor se decrementa a medida que aumenta la temperatura; y PTC (Positive Temperature Coefficient, Coeficiente de Temperatura Positivo), cuyo valor de resistencia eléctrica aumenta cuando aumenta la temperatura. La lectura de temperaturas en un robot, tanto en su interior como en el exterior, puede ser algo extremadamente importante para proteger los circuitos, motores y estructura de la posibilidad de que, por fricción, esfuerzo, trabas o excesos mecánicos de cualquier tipo se alcancen niveles peligrosos de calentamiento.
Los sensores de temperatura más comunes utilizados en sistemas domóticos son los termostatos. La impedancia del termistor es leída por un sistema de control, usualmente basado en un microprocesador, que es programado para realizar diferentes operaciones a determinadas temperaturas.
Existen muchas variantes de termostatos electrónicos, pero en la mayor parte de los casos el componente real de lectura de temperatura es el termistor.
RTD (Termorresistencias)
Los sensores RTD (Resistance Temperature Detector), basados en un conductor de platino y otros metales, se utilizan para medir temperaturas por contacto o inmersión, y en especial para un rango de temperaturas elevadas, donde no se pueden utilizar semiconductores u otros materiales sensibles. Su funcionamiento está basado en el hecho de que en un metal, cuando sube la temperatura, se incrementa considerablemente la resistencia eléctrica.
Termocuplas o Termopares
El sensor de una termocupla está formado por la unión de dos piezas de metales diferentes. La unión de los metales genera un voltaje muy pequeño, que varía con la temperatura. Su valor está en el orden de los milivoltios, y aumenta en proporción con la temperatura. Este tipo de sensores cubre un amplio rango de temperaturas: -180 a 1370 °C.
Diodos para medir temperatura
Se puede usar un diodo semiconductor ordinario como sensor de temperatura. Un diodo es el sensor de temperatura de menor costo que se puede hallar, y a pesar de ser tan barato es capaz de producir resultados más que satisfactorios. Sólo es necesario hacer una buena calibración y mantener una corriente de excitación bien estable. El voltaje sobre un diodo conduciendo corriente en directo tiene un coeficiente de temperatura de alrededor de 2,3 mV/°C y la variación, dentro de un rango, es razonablemente lineal. Se debe establecer una corriente básica de excitación, y lo mejor es utilizar una fuente de corriente constante, o sino un resistor conectado a una fuente estable de voltaje.
Circuitos integrados para medir temperatura
Existe una amplia variedad de circuitos integrados sensores de temperatura. Estos sensores se agrupan en cuatro categorías principales: salida de voltaje, salida de corriente, salida de resistencia y salida digital. Con salida de voltaje podemos encontrar los muy comunes LM35 (°C) y LM34 (°K) de National Semiconductor. Con salida de corriente uno de los más conocidos es el AD590, de Analog Devices. Con salida digital son conocidos el LM56 y LM75 (también de National). Los de salida de resistencia son menos comunes, fabricados por Philips.
Pirosensores (sensores de llama a distancia)
Existen sensores que, basados en la detección de una gama muy angosta de ultravioletas, permiten determinar la presencia de un fuego a buena distancia. Con los circuitos que provee el fabricante, un sensor de estos (construido con el bulbo UVTron) puede detectar a 5 metros de distancia un fósforo (cerilla) encendido dentro de una habitación soleada. En el mercado de sensores industriales se puede encontrar una variedad amplia de sensores de llama a distancia, algunos que detectan también ultravioleta y otros que se basan en los infrarrojos, aunque por lo que pude ver, la mayoría son de tamaño bastante grande. Otro sensor que se utiliza en robótica, en este caso sensible a los infrarrojos, es el módulo TPA81.
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