2.5 Sensores de Temperatura
La temperatura es otro de los parámetros que muchas veces debe controlarse en procesos industriales. Atendiendo al principio de funcionamiento de la mayoría de sensores industriales, podemos distinguir 3 grandes grupos de sensores térmicos:
1. Termostatos todo-nada: Interruptores que conmutan a un cierto valor de temperatura, en general con una cierta histéresis.
2. Termorresistencias: Sensores pasivos de tipo analógico basados en el cambio de resistividad eléctrica de algunos metales o semiconductores con la temperatura.
3. Pirómetros de radiación: Sensores de tipo analógico, utilizables en general para altas temperaturas, que están basados en la radiación térmica emitida por los cuerpos calientes.
· Termostatos
Los termostatos son sensores con salida de tipo todo o nada que conmuta a un cierto valor de temperatura. Los más simples están basados generalmente en la diferencia de dilatación de 2 metales y los más sofisticados se suelen construir a base de un sensor de tipo analógico y uno o varios comparadores con histéresis.
Los de tipos bimetálicos se utilizan típicamente en sistemas de climatización y en algunas aplicaciones industriales como interruptores de protección (falta de ventilación, etc.).
· Termopares
Los termopares son sensores activos de tipo analógico basados en el efecto Seebeck. Dicho efecto consiste en la aparición de una tensión eléctrica entre 2 piezas de distintos metales unidas o soldadas por un extremo, cuando este se calienta (unión caliente) y se mantienen los otros 2 extremos a una misma temperatura inferior (unión fría).
· Termorresistencias
Los conductores eléctricos presentan, en general, un aumento de resistencia con la temperatura.
Donde α se denomina coeficiente térmico de resistencia.
- Termorresistencias PTCY NTC:
Las sondas PTC y NTC son esencialmente termorresistibles a base de semiconductor. Estos suelen presentar coeficientes de sensibilidad bastante mayores que en el caso de metales, pero a costa de una gran perdida de linealidad.
Los PTC (positive temperatura coefficient) son resistencias construidas a base de óxidos de bario y titanio, que muestran cambios bruscos de valor a partir de una cierta temperatura. En la figura 7.30 se muestra la característica resistencia/temperatura a distintas frecuencias para una sonda PTC.
Las NTC son resistencias con un coeficiente de temperatura negativo (Negative Temperature Coefficient), construidas a base de óxidos de hierro, cromo, cobalto, manganeso y níquel dopados con iones de titanio o litio. El comportamiento frente a las variaciones de temperatura pueden expresarse, aproximadamente.
· Pirómetros de radiación
La medida de temperaturas con termopar o termorresistencia implica el contacto directo entre el transductor y el cuerpo cuya temperatura se desea medir. Sin embargo, este contacto resulta imposible si la temperatura a medir es superior al punto de fusión del material del transductor, o si el cuerpo caliente es muy pequeño y cambia su temperatura al efectuar la medida. En estos casos puede utilizarse los pirómetros de radiación, que miden la temperatura a partir de la radiación térmica que emiten los cuerpos calientes.
La radiación emitida puede medirse en su totalidad, o solo en una banda de frecuencias, resultando así 2 tipos de pirómetros:
- De banda ancha, o de radiación total
- De banda estrecha, o de brillo.