Transductores de Temperatura: ¿Qué son? (Tipos y Ejemplos)

¿Qué es un Transductor de Temperatura?

Un 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 un termopar, la diferencia de potencial eléctrico se produce debido a la diferencia de temperatura entre sus terminales. Por lo tanto, el termopar es un transductor de temperatura.

Características Principales de los Transductores de Temperatura

• La entrada para ellos siempre son cantidades térmicas

• Generalmente convierten la cantidad térmica en una cantidad eléctrica

• Se utilizan generalmente para la medición de la temperatura y el flujo de calor

Esquema Básico de los Transductores de Temperatura

El esquema básico de los transductores de temperatura se da a continuación en los siguientes pasos
Elemento de Detección.

El elemento de detección en los transductores de temperatura es el elemento cuyas propiedades cambian con el cambio de temperatura. A medida que la temperatura cambia, ocurre un cambio correspondiente en cierta propiedad del elemento.

Ejemplo – En un Detector de Temperatura por Resistencia (RTD), el elemento de detección es el metal platino.

Condiciones Deseables para Elegir el Elemento de Detección son las siguientes

• El cambio por unidad de resistencia del material por unidad de cambio en la temperatura debe ser grande

• El material debe tener una alta resistividad para que se utilice el volumen mínimo de material en 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 de detección en una cantidad eléctrica. El cambio en la propiedad del elemento de detección actúa como la salida para él. Mide el cambio en la propiedad del elemento de detección. La salida del elemento de transducción luego se calibra para dar una salida que representa el cambio en la cantidad térmica.

Ejemplo - En el termopar, la diferencia de potencial producida entre los dos terminales se mide con un voltímetro y la magnitud del voltaje producido después de la calibración da una idea del cambio de temperatura.

Tipos de Transductores de Temperatura

Tipos de Sensores de Temperatura de Contacto

En estos, el elemento de detección 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 un sensor de temperatura sin contacto, el elemento no está en contacto directo con la fuente térmica (análogo a un probador de voltaje sin contacto o pluma de voltaje). Los sensores de temperatura sin contacto utilizan el principio de la convección para el flujo de calor. Se describen a continuación varios transductores de temperatura que se utilizan generalmente:

Termistor

La palabra termistor puede denominarse como Resistor Térmico. Como indica su nombre, es un dispositivo cuya resistencia cambia con el cambio de la temperatura. Debido a su alta sensibilidad, se utilizan ampliamente para la medición de la temperatura. Generalmente se les llama el transductor de temperatura ideal. Los termistores están compuestos generalmente de una mezcla de óxidos metálicos.

Propiedades de los Termistores

• Tienen Coeficiente Térmico Negativo, es decir, la resistencia del termistor disminuye con el aumento de la temperatura

• Están hechos de materiales semiconductor

• Son más sensibles que los RTD (Termómetros de Resistencia) y Termopares

• Su resistencia varía entre 0,5Ω y 0,75 MΩ

• Se utilizan generalmente en aplicaciones donde el rango de medición de la temperatura es de -60°C a 15°C.

Termómetros de Resistencia

Otro tipo de transductor de temperatura es el Detector de Temperatura por Resistencia (RTD). Los RTD son sensores de temperatura de precisión fabricados con metales conductores de alta pureza, como platino, cobre o níquel enrollados en una bobina, cuya resistencia eléctrica cambia con el cambio de temperatura, similar al termistor.

Su resistencia cambia con la siguiente relación,

R = Resistencia del elemento a una temperatura dada
α = Coeficiente térmico del elemento
Ro = Resistencia del elemento a 0°C

Características Principales de los RTD’s

• Son muy sensibles y baratos en comparación con los termistores y termopares

• Pueden medir la temperatura desde -182,96°C hasta 630,74°C

Termopares

Los termopares son transductores de temperatura que básicamente consisten en dos uniones de metales diferentes, como el cobre y el constantán, que están soldadas. Una unión 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 diferentes temperaturas, se desarrolla un voltaje a través de la unión, que se utiliza para medir la temperatura.

Principio del Termopar

Cuando las uniones de dos metales, como el cobre y el constantán, están conectadas, se produce una diferencia de potencial entre ellas. Este 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

• Las temperaturas extremas en un rango entre -200°C y más de +2000°C pueden medirse con termopares, lo cual es una ventaja sobre los RTD y los termistores