Sensores De Temperatura: Tipos, Funcionamiento, Aplicaciones

Los sensores de temperatura son dispositivos que se utilizan en diferentes aplicaciones en las que el conocimiento del valor de la temperatura en algún objeto es indispensable para el buen funcionamiento del sistema. Determinan la temperatura a través del cambio de alguna magnitud física, que depende del tipo de sensor a utilizar.

En función de la tecnología a utilizar se tendrán diferentes tipos de sensores de temperatura, entre los cuales se pueden encontrar: los termopares, sensores de temperatura resistivos (RTD y termistores), radiadores infrarrojos, sensores bimetálicos, sensores de dilatación de líquido, sensores de cambio de estado, entre otros.

Tipos de sensores de temperatura

A continuación se mostraran sensores de temperatura comúnmente utilizados:

Sensor de temperatura (termopar)

Un termopar o termocupla es un tipo de sensor de temperatura que está compuesto de dos láminas metálicas unidas entre sí en un extremo, la diferencia de temperatura que existe entre uno de los extremos y otro de referencia, causa una diferencia de potencial o fuerza electromotriz que se encarga de notificar la temperatura detectada.

Es importante destacar que esta conversión de energía térmica en energía eléctrica no es necesariamente proporcional, esto quiere decir, que a medida que aumenta la diferencia de temperatura entre las láminas metálicas de la termocupla, aumenta la diferencia de potencial en el extremo que une las láminas metálicas, pero este aumento no tiene por que ser lineal.

Sensor de temperatura resistivo (RTD)

Es cierto que la corriente que circula en un conductor depende de la resistencia y la resistencia tiene la siguiente expresión:

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R = ρL/A

donde:

ρ: Es la resistividad eléctrica del conductor.
L: Es la longitud del conductor.
A: Es el área de la sección transversal del conductor.

Pero también es importante tomar en cuenta la siguiente expresión que también sirve para el cálculo de la resistencia cuando hay un cambio de temperatura:

Rr = R0 (1 + αΔt°)

donde:

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Rr   = Resistencia debida al cambio de temperatura.
R0  = Resistencia a 20 °C.
α     = Coeficiente de temperatura a 20 °C.
Δt°  = Variación de temperatura a partir de 20 °C.

Debido a la expresión anterior podemos notar que la resistencia varía con la temperatura.

En función de esto, se pueden conocer las variaciones de temperatura por los efectos que produce en la resistencia.

Los dispositivos que se utilizan para el uso de esta propiedad en la resistencia son los RTD que varían su resistencia en función de los cambios de temperatura y los termistores que son utilizados en semiconductores de cerámica.

Sensor de temperatura bimetálico

Resultan del uso de la propiedad térmica que tienen los metales para modificar su forma en función de la temperatura a la que se someten, cuando se calienta un metal este aumenta de tamaño.

En los bimetálicos una de las dos láminas metálicas se calienta más que la otra, por lo tanto la curvatura de uno de los metales será más prolongada que la otra, esta curvatura se convierte a una lectura de temperatura a través de una aguja mecánica articulada que señala el nivel de temperatura.

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Los bimetálicos se fabrican como la unión de diversas placas de diferentes metales.

Son utilizados en los termostatos para traducir un cambio mecánico en un cambio de temperatura.

Sensor de temperatura por dilatación de fluido

El sensor de temperatura no es más que la lectura de la temperatura gracias a la dilatación de un fluido, esto quiere decir, que el volumen del fluido cambia cuando cambia la temperatura.

Un ejemplo muy común de este tipo de sensores es el termómetro doméstico, pueden utilizar mercurio el cual al aumentar la temperatura aumenta su volumen apuntando a la lectura correspondiente de temperatura y luego que la temperatura regresa a la temperatura ambiente, el mercurio regresa a su volumen inicial.

Los mismos no necesitan de una alimentación eléctrica externa, y se mantienen en buenas condiciones de operación a pesar de largos periodos de uso.

La desventaja es que no es sencilla hacer que transmitan los valores de temperatura que miden a través de un sistema de datos.

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Sensor de temperatura por cambio de estado

Se basan en materiales que pueden cambiar su estado al ser enfrentados a cambios de temperatura, en la mayoría de materiales estos cambios de estados son irreversibles a diferencia de las pantallas de cristal líquido.

Para que puedan cambiar de estado se debe superar una barrera de temperatura.

Se tardan en responder a los cambios de temperatura por lo que su uso no es útil para la lectura de temperaturas transitorias que transcurren en períodos cortos de tiempo.

Bulbo sensor de temperatura

Este dispositivo es utilizado en sistemas en los que se hace uso del ciclo de refrigeración por compresión de vapor, es un sensor que capta los niveles de temperatura del refrigerante en la salida del evaporador midiendo el sobrecalentamiento del refrigerante.

El mismo está conectado a la válvula de expansión por medio de un tubo capilar que contiene un fluido que se dilata dependiendo del nivel de temperatura que mide el bulbo en el extremo de salida del evaporador.

La temperatura de sobrecalentamiento del vapor de refrigerante, se envía a través del bulbo por el tubo capilar mediante el fluido interno en él.

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El fluido al aumentar su volumen empuja el diafragma en la válvula de expansión, este empuje causa el movimiento de una aguja mecánica que permitirá el paso del fluido regulando así la entrada del refrigerante condensado al evaporador, manteniendo este ingreso de refrigerante en niveles adecuados con la ayuda del bulbo.

Sensor de temperatura del refrigerante del motor (ECT)

El sensor de temperatura ECT, es un sensor que se ubica en el motor de un vehículo, la ECU o centralita es la que se encarga de recibir la señal proveniente del sensor ECT, el sensor ECT se utiliza con la finalidad de conocer la temperatura del refrigerante del motor.

El refrigerante en el motor se utiliza para disminuir los niveles de temperatura en el motor y para que no se sobrecaliente, produciendo daños en el mismo, el sensor ECT tiene en su interior una resistencia que se modifica con los cambios en la temperatura del refrigerante.

La resistencia del sensor ECT se reduce con los aumentos de temperatura.

La centralita puede conocer la temperatura promedio del motor gracias a la información que le suministra el sensor ECT ya que al enviar la temperatura del refrigerante, se puede tomar como la temperatura promedio del motor, puesto que el refrigerante hace recorrido por el mismo.

En función de los niveles de temperatura que el sensor ECT envía a la centralita, la computadora modifica la potencia de inyección de combustible y ajusta la mezcla de aire combustible.

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Sensor de temperatura por infrarrojos

El sensor de temperatura por infrarrojos consta de un dispositivo que le permite radiar térmicamente infrarrojos a la zona donde se desea conocer la temperatura, la temperatura del objeto que se está midiendo se refleja a través de la radiación térmica hacia el sensor y el pirómetro convierte esta energía en energía eléctrica para su lectura.

Se utilizan en situaciones donde no es posible utilizar otros tipos de sensores, que no resistirían el entorno de operación donde se da la temperatura por ser elevada o en situaciones donde hay contaminación o peligro como en las líneas de alta tensión.

También se utiliza para medir la temperatura en objetos electromagnéticos ya que la utilización de otro tipos de sensores podrían dar una lectura equivocada debido a la interferencias electromagnéticas que podrían modificar los valores de temperatura.