SENSORES GENERADORES
Son aquellos que generan una señal eléctrica a partir de la magnitud que miden, sin necesidad de una alimentación eléctrica.
Esto es una alternativa para medir muchas de las magnitudes ordinarias como por ejemplo: temperatura, fuerza, presión, y otras magnitudes afines.
Esto es una alternativa para medir muchas de las magnitudes ordinarias como por ejemplo: temperatura, fuerza, presión, y otras magnitudes afines.
EFECTO REVERSIBLE
El efecto reversible es la generacion de una señal a partir de otra la cual, generó dicha señal, es decir, si una señal x se genera a partir de la señal Y, con el efecto reversible se genera la señal Y a partir de la señal X.
EFECTO IRREVERSIBLE
Es todo lo contrario al efecto reversible, es decir, si una señal X se genera con una señal Y, el efecto reversible no permite generar la señal Y a partor de X
EFECTO TERMOELÉCTRICO
Es la relación del flujo de calor que recorre un material con la corriente que lo atraviesa. Históricamente, fue Thomas J. Seebeck quien descubrió en 1822 que en un circuito de dos metales distintos A y B con dos uniones a diferentes temperaturas, aparece una corriente eléctrica. Seebeck se dio cuenta de que una aguja metálica es desviada cuando se la sitúa entre dos conductores de materiales distintos unidos por uno de sus extremos y sometidos a una diferencia de temperatura. Este efecto es de origen eléctrico, ya que al unir dos materiales distintos y someterlos a una diferencia de temperatura aparece una diferencia de potencial. La principal aplicación práctica del efecto Seebeck es la medida de temperatura mediante termopares.
EFECTO PELTIER
Descubierto por Jean C.A. Peltier en 1834, consiste en el calentamiento o enfriamiento de una unión entre dos metales distintos (interface isotérmico) al pasar corriente por ella. Al invertir la corriente, se invierte también el sentido del flujo del calor. Este efecto es reversible e independiente de las dimensiones del conductor. Depende solo del tipo de metal y de la temperatura de la unión.Por lo anterior el efecto Peltier es un efecto de Juntura.
Si se sueldan dos alambres de metales distintos como el hierro y cobre y se calienta la unión se una tensión eléctrica. La tensión generada depende de cada combinación de metales pero siempre es baja. Se tiene en cuenta que al calentarse producen una tensión que va en aumento al aumentar la temperatura.El segundo fenómeno utilizable es el que ocurre cuando se aplica una tensión en los extremos de los alambres soldados. Ocurre que la soldadura se calienta o enfría según el sentido de circulación de la corriente.
Cuando se hace circular una corriente I a través del circuito, se desprende calor de la unión superior y es absorbido por la unión inferior.
EFECTO THOMPSON
Descubierto por William Thompson en 1856, consiste en la absorción o liberación de calor por parte de un conductor homogéneo sometido a un gradiente de temperatura por el que circula una corriente. El calor liberado es proporcional a la corriente y por ello cambia de signo al cambiar la dirección de la corriente. Liberándose calor cuando la corriente circula del punto más caliente hacia el más frío.
Consiste en la aparición de una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor eléctrico que se encuentra de manera simultánea a diferentes temperaturas.El efecto Seebeck es solamente un efecto termoeléctrico que convierte calor en electricidad.Rigurosamente el efecto Seebeck no es un efecto de juntura. Pero es muy aplicado a materiales con características diferentes.
TIPOS DE TERMOPARES
En las uniones de termopar interesa tener: resistividad elevada para tener una resistencia alta sin requerir mucha masa, lo cual implicaría alta capacidad calorífica y respuesta lenta; coeficiente de temperatura débil en la resistividad; resistencia a la oxidación a temperaturas altas, pues debe tolerar la atmosfera donde van a estar, y linealidad lo mayor posible.Para lograr estas propiedades se emplean aleaciones especiales: níquel (90)/cromo (10) – cromel; cobre (57)/níquel (43); níquel (94)/aluminio (2)/manganeso (3)/silicio (1) – alumel-; etc. La proteccion frente al ambiente se logra mediante una vaina, normalmente de acero inoxidable. La velocidad de respuesta y la robustez de la sonda vendran afectadas por el espesor de dicha vaina. El silicio y el germanio presentan tambien propiedades termoeléctricas, si bien hasta ahora han encontrado mas aplicación como refrigeradores (elementos peltier) que como termopares de medida.
Construcción de Termopares
Un termopar esta constituido por dos metales diferentes, unidos físicamente en sus extremos. En la unión se crea una diferencia de potencial que depende de la temperatura (efecto termoeléctrico), que comparada con la que se genera en otra unión similar sometida a condiciones térmicas de referencia, da una medida de la temperatura existente en la primera unión.
Desde el punto de vista constructivo, la unión puede hacerse por contacto (arrollamiento), o soldadura.Para conseguir la inmunidad requerida frente al medio en función de los materiales y del ambiente de trabajo, el termopar puede aparecer al aire o incluido dentro de una vaina protectora (lo que resulta determinante en la velocidad de respuesta). En este último caso, la unión puede conectarse a la vaina (puesta a tierra) o quedar eléctricamente aislada.Los requerimientos más importantes que deben cumplir los materiales de termocuplas son:
- Ser mecánicamente robustos y resistentes químicamente.- Deben producir una salida eléctrica mensurable y estable.- Deben tener la precisión requerida.- Deben responder con la velocidad necesaria- Debe considerarse la transferencia de calor al medio y viceversa para no afectar la lectura.- Deben, en algunos casos, estar aislados eléctricamente de masa- Deben ser económicos.
Normas de aplicación practica por los Termopares..
- Ley de los circuitos homogéneos:
La medición de temperaturas mediante termopares, además de las ventajas e inconvenientes expuestos anteriormente, esta sujeta a una seria de leyes verificadas experimentalmente, que simplifican en gran manera el análisis de circuitos con termopares.En un circuito de un único metal homogéneo, no se puede mantener una corriente termoeléctrica mediante la aplicación exclusiva de calor aunque se varíe la sección transversal del conductor..
- Ley de los Metales Intermedios:
La suma algebraica de la f.t.e.m. en un circuito compuesto de un número cualquiera de metales distintos es cero s todo el circuito es a una temperatura uniforme. Esto significa que se puede intercalar un instrumento de medida sin añadir errores, siempre y cuando las nuevas uniones estén a la misma temperatura.El instrumento se puede intercalar en un conductor o en una unión..
- Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias:
Si dos metales homogéneos distintos producen una f.t.e.m. E1 cuando las uniones estan a T1 y T2 y una f.t.e.m. E2 cuando las uniones estan a T2y T3 la f.t.e.m. cuando las uniones esten a T1 y T2 sera E1 + E2. Esto significa por ejemplo que la unión de referencia no tiene porque estar a 0ºC sino que puede usarse otra temperatura de referencia.
Efecto de la temperatura ambiente en la unión de referencia de los termopares
Un termopar convencional con un tubo de protección metálico se encuentra sometido a una diferencia de temperatura, pues una parte de él está en contacto con el proceso y la otra extremidad en contacto con el ambiente, cada una de ellas a cierta temperatura. Es inevitable, por tanto, que por el conjunto sensor/tubo de protección exista un flujo de calor que parte de la región de mayor temperatura hacia la de menor temperatura. El equilibrio ocurre cuando el flujo de calor recibido por el sensor es igual al que se ha perdido, por lo que en tal situación su temperatura no es necesariamente igual a la temperatura del proceso.
Al calentar la masa de los termopares se extrae energía que afectará a la temperatura que se trata determinar. Considérese por ejemplo, medir la temperatura de un líquido en un tubo de ensayo: existen dos problemas potenciales. El primero es que la energía del calor viajará hasta el cable del termopar y se disipará hacia la atmósfera reduciendo así la temperatura del líquido alrededor de los cables. Un problema similar puede ocurrir si un termopar no está suficientemente inmerso en el líquido, debido a un ambiente de temperatura de aire más frío en los cables, la conducción térmica puede causar que la unión del termopar esté a una temperatura diferente del líquido mismo. En este ejemplo, un termopar con cables más delgados puede ser útil, ya que causará un gradiente de temperatura más pronunciado a lo largo del cable del termopar en la unión entre el líquido y el aire del ambiente. Si se emplean termopares con cables delgados, se debe prestar atención a la resistencia de la guía. El uso de un termopar con delgados cables conectado a un termopar de extensión mucho más gruesa a menudo ofrece el mejor resultado.
Compensación de la unión de referencia en circuitos de termopares
Para aplicar el efecto seebeck a la medida de temperaturas, es necesario mantener una de las uniones a una temperatura de referencia. Una solución consiste en disponer la union de referencia en hielo fundente. Es una solución de gran exactitud y facilidad de montaje, pero es de difícil mantenimiento y coste alto. Se puede mantener tambien la unión de referencia a una temperatura constante a base de emplear un refrigerador Peltier o un horno termostatado. Pero, en cualquier caso, debe usarse mucho hilo de uno de los dos metales del termopar, y esto encarece la solución.
