.. Definición de sensores generadores

Son aquellos tipos de sensores los cuales generan una señal electrica a partir de la magnitud que miden, sin necesidad de una alimentacio electrica.

.. Construcción de Termopares

COBRE – CONSTANTANO (TIPO T)

Están formados por un alambre de cobre como conductor positivo y una aleación de 60% de cobre y 40% de níquel como elemento conductor negativo. Tiene un costo relativamente bajo, se utiliza para medir temperaturas bajo o 0 °C. Y como limite superior se puede considerar los 350º C, ya que el cobre se oxida violentamente a partir de los 400º C.

HIERRO – CONSTANTANO (TIPO J )

En este tipo de junta el hierro es electropositivo y el constantano electronegativo. Mide temperaturas superiores que el anterior ya que el hierro empieza a oxidarse a partir de los 700º C. No se recomienda su uso en atmósfera donde exista oxigeno libre. Tiene un costo muy bajo y esto permite que su utilización sea generalizada.

CHROMEL – ALUMEL (TIPO K)

Una aleación de 90% de níquel y 10% de cromo es el conductor positivo y un conductor compuesto de 94% de níquel, 2% de Aluminio, 3% de manganeso y 1% de Silicio como elemento negativo. Este termopar puede medir temperaturas de hasta 1200º C. Ya que el níquel lo hace resistente a la oxidación. Se los utiliza con mucha frecuencia en los hornos de tratamientos térmicos. Su costo es considerable lo que limita su utilización.

PLATINO RODIO – PLATINO (TIPO R)

Tienen como conductor negativo un alambre de platino y como conductor positivo una aleación de 87% de platino con 13% de sodio. Este tipo de junta desarrollada últimamente con materiales de alta pureza son capaces de medir hasta 1500º C si se utilizan las precauciones debidas.

Son muy resistentes a la oxidación pero no se aconseja su aplicación en atmósferas reductoras por su fácil contaminación con el hidrógeno y nitrógeno que modifican la respuesta del instrumento.

PLATINO RODIO – PLATINO ( TIPO S )

El conductor positivo es una aleación de 90% de platino y 10% de Rodio mientras que conductor negativo es un alambre de platino. Sus características son casi similares al termopar anterior con la diferencia que no puede usarse a temperaturas elevadas porque los metales no son de alta pureza produciendo alteraciones de la lectura a partir de los 1000º C. en adelante.

MOLIBDENO – RENIO

Fue desarrollado recientemente y se utiliza para temperaturas inferiores a los 1650º C. Se recomienda usarlos en atmósferas inertes, reductoras o vacío ya que el oxigeno destruye al termopar.

TUNSTENO – RENIO

Al igual que el anterior fue recientemente creado y no tiene datos normalizados de temperatura y mili voltajes. Puede medir temperaturas de hasta 2000º C, el oxigeno y los cambios bruscos de temperaturas destruyen al termopar. Funcionan perfectamente en atmósferas reductoras e inertes si se los protege con funda cerámicas.

IRIDIO – IRIDIO RODIO

Puede medir como máximo 2.000 °C. Su uso es recomendable en atmósferas oxidantes que contienen oxigeno libre. El Hidrógeno produce alteraciones permanentes en el termopar, reduciendo además su vida útil.

TUNGSTENO – TUNGSTENO RENIO

Tiene igual utilización que el tungsteno – renio con la única diferencia que genera mayor mili voltaje por grado. En la siguiente gráfica se muestra el mili voltaje generado por los termopares a diversas temperaturas de su junta caliente y con su junta fría a una temperatura de referencia de 32º F o 0 °C.

.. Sensores piezoeléctricos

El efecto piezoeléctrico, descubierto a finales del siglo XIX por Pierre y Jacques Curie, hace referencia a algunos materiales que son capaces de generar un potencial eléctrico en respuesta a una deformación mecánica. Dicho potencial se genera a lo largo de ciertos ejes cristalográficos como respuesta a la deformación mecánica. El material sufre un reordenamiento de las cargas internas, tanto positivas como negativas, y por ende producen un potencial eléctrico. Para medir el potencial eléctrico generado se usan dos electrodos, su magnitud es proporcional a la deformación y depende en gran medida de la dirección en que se aplique la deformación.

El efecto piezoeléctrico es reversible, es decir que la aplicación de un potencial eléctrico a un cristal piezoeléctrico produce deformación. Ambas propiedades se han empleado considerablemente en la industria y en el diseño de bioinstrumentos.Los piezoeléctricos son dispositivos de alta impedancia, por esto solo pueden suministrar corrientes muy pequeñas. Si la temperatura es elevada lo suficiente, estos materiales pueden perder sus propiedades. Debe notarse que una limitación de los piezoeléctricos es que no tienen buena respuesta a la aplicación de una fuerza constante, pero su respuesta es adecuada para la medición de fuerzas mecánicas cambiantes. Su respuesta en frecuencia va desde unos pocos Hertz hasta el nivel de Mega Hertz.

.. Que es efecto termoelectrico

Se conoce como efecto termoeléctrico o efecto Seebeck a la conversión de una diferencia de temperatura en electricidad. Se crea un voltaje en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores diferentes. Una diferencia de temperaturas T1 y T2 en las juntas entre los metales A y B inducen una diferencia de potencial V.

.. Que es efecto reversible

Se define como aquel proceso que una vez ocurrido puede ser revertido a su estado inicial, sin producir cambios en el sistema o sus alrededores. En otras palabras el sistema y alrededores retornan a su estado original sin sufrir variaciones.Los procesos reversibles son idealizaciones de procesos verdaderos.

.. Sensores fotoeléctricos

Un Sensor fotoeléctrico está diseñado para detectar cambios en la luz que llega a él. Generalmente, se tiene un dispositivo emisor, y el receptor que funciona como sensor, se encarga de enfocar al emisor y “ver” si la luz puede llegar, o si llega distorsionada. Este tipo de sensor se utiliza para detectar movimiento o paso de un objeto, con lo cual se interrumpe el haz de luz. También puede verificarse la longitud de onda de la señal que llega con lo cual se pueden clasificar objetos, detectando colores y superficie. Gracias a la movilidad de estos sensores es posible detectar formas o su posición.

.. Sensores piroeléctricos

El sensor piroelectrico esta hecho de un material cristalino que genera una pequeña carga eléctrica cuando es expuesto al calor en forma de radiación infrarroja. Cuando la cantidad de radiación es notable el cristal cambia, la cantidad de carga también cambia y puede entonces ser medida con un sensible dispositivo FET construido dentro del sensor. Los elementos del sensor son sensibles a la radiación en un amplio rango entonces se agrega una ventana que actúa como filtro para limitar la radiación de llegada a un rango de 8 a 14 micras donde es mas sensible a la radiación del cuerpo humano.

.. Explicación de la tabla estandar de termopares

La tabla estandar de termopares indica al voltaje que produce un determinado termopar a cada temperatura. Generalmente, las tablas que se encuentran son las termopares J K con una resolución de un grado centigrado. Estos, son valores calculados experimentalmente, y gracias a ellos es que se puede saber la temperatura despues de obtener el voltaje del termopar. La utilización de tablas viene principalmente debido a que es un proceso que no depende de una formula, o por lo menos no de una fácilmente utilizable. Para obtener la temperatura con mayor exactitud se pueden interpolar los datos cercanos al valor buscado, y por medio de aproximaciones de orden 1 se obtienene valores muy cercanos al real. A continuación se presenta un pequeño fragmento (de 0 a 100 grados centigrados) de un termopar de tipo J.

.. Compensación de la unión de referencia en circuitos de termopares

Para aplicar et efecto Seebeck a la medida de temperatura es necesario mantener una de las uniones a una temperatura de referencia. Una solución consiste en disponer la unión de referencia en hielo fundente. Tal como se indica en la figura siguiente:

Es una solución de gran exactitud y facilidad de montaje pero es de difícil mantenimiento. y coste alto. Se puede mantener también la unión de referencia a una temperatura constante a base de emplear un elemento de refrigeración basado en el efecto Peltier inverso 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.

La solución indicada en las figura siguiente permite emplear un hilo de conexión más económico (cobre). Si bien sigue siendo una solución cara por la necesidad de mantener una temperatura de referencia constante. Si el margen de variación de la temperatura ambiente es menor que la resolución deseada puede dejarse la unión de referencia simplemente al aire.

En caso contrario se emplea la denominada compensación electrónica de la unión de referencia. La Compensación electrónica consiste en dejar que la unión de referencia sufra las variaciones de la temperatura ambiente, pero esta se detectan con otro transductor de temperatura. Dispuesto en la vecindad de la unión de' referencia, y se resta una tensión igual a la generada en la unión fría.

.. 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.

.. Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias

Si dos conductores homogeneos 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 T2 y T3, la F.T.E.M cuando las uniones esten a T1 y T3 sera E1+E2. Esto tiene una consecuencia pratica importante; la union de referencia no tiene por que estar a 0ºC, puede usarse otra temperatura de referencia. Incluso no tiene que ser fija siempre que sea conocida.

.. Ley de los Metales Intermedios

En un circuito compuesto por un numero cualquiera de metales distintos, si se intercala un conductor y sus dos contactos con el circuito permanecen a la misma temperatura, la tension añadida al circuito con la incorporación de estos dos contactos es cero. Esto significa que se puede incorporar al circuito un instrumento de medida sin añadir errores. El instrumento se puede intercalar en un conductor o en una union.

Una consecuencia de esta ley es que si se conocen la relacion termica de dos metales con un tercero, se puede encontrar la relacion entre los dos primeros. Por lo tanto, no es preciso calibrar todos los posibles pares de metales para obtener su tabla tension/temperatura. Basta con conocer el comportamiento de cada metalcon respecto a uno, tomando como referencia. Se ha convenido que el platino sea esta referencia

.. Ley de los circuitos homogéneos

En un circuito de un unico metal homogeneo, no se puede mantener una corriente termoelectrica mediante la aplicacion exclusiva de calor, aunue varie la seccion transversal del transductor.


Las temperaturas intermedias a que pueda estar sometido cada conductor, no alter la F.T.E.M debida a una determinada diferencia de temperatura entre las uniones. Esto no significa que si hay distintas temperaturas a lo largo de un circuito se tenga que emplear necesariamente hilos de extencion largos iguales a los del termonpar. Se emplean determinados cables de compensación, que son mas economicos que los del termonpar y añaden F.T.E.M despreciables.

.. Tipos de Termopares

.. Defina con texto y con gráficos el Efecto Seebeck

El efecto termoeléctrico o efecto Seebeck es el efecto inverso al anterior. Fue descubierto por Thomas Johann Seebeck en 1821. Este efecto provoca la conversión de una diferencia de temperatura en electricidad. Se crea un voltaje en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores diferentes. Una diferencia de temperaturas T1 y T2 en las juntas entre los metales A y B inducen una diferencia de potencial V.

.. Defina con texto y con gráficos el Efecto Thompson

Se conoce como Efecto Thomson a una propiedad termoeléctrica descubierta por William Thomson -Lord Kelvin- en 1851 en la que se relacionan el efecto Seebeck y el efecto Peltier. Así, un material [excepto el plomo] sometido a un gradiente térmico y recorrido por una intensidad intercambia calor con el medio exterior. Recíprocamente, una corriente eléctrica es generada por el material sometido a un gradiente térmico y recorrido por un flujo de calor. La diferencia fundamental entre los efectos Seebeck y Peltier con respecto al efecto Thomson es que éste último existe para un solo material y no necesita la existencia de una soldadura.

.. Defina con texto y con gráficos el Efecto Peltier

Este efecto realiza la acción inversa al efecto Seebeck. Consiste en la creación de una diferencia térmica a partir de una diferencia de potencial eléctrico. Ocurre cuando una corriente pasa a través de dos metales diferentes o semiconductores (tipo-n y tipo-p) que están conectados entre sí en dos soldaduras (uniones Peltier). La corriente produce una transferencia de calor desde una unión, que se enfría, hasta la otra, que se calienta. El efecto es utilizado para la refrigeración termoeléctrica.

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. El calor de Peltier absorbido por la unión inferior por unidad de tiempo, Q es igual a:

Donde Π es el coeficiente de Peltier Π_AB de la termopareja completa, y Π_A y Π_B son los coeficientes de cada material. El silicio tipo-p tiene un coeficiente Peltier positivo a temperaturas inferiores a 550 K y el silicio tipo-n tiene un coeficiente Peltier negativo.

Los conductores intentan volver al equilibrio electrónico que existía antes de aplicar la corriente. Para ello absorben la energía de un foco y la desprenden en el otro. Las parejas individuales pueden ser conectadas en serie para incrementar el efecto.

La dirección de la transferencia de calor es controlada por la polaridad de la corriente. Al invertir la polaridad se cambia la dirección de la transferencia y, como consecuencia, la unión donde se desprendía calor lo absorberá y donde se absorbía lo desprenderá.

.. Que es efecto irreversible

Es aquél que supone la imposibilidad, o la dificultad extrema, de retornar a la situación anterior a la acción que lo produce.