04temperatura

Lección 4
Medida de la temperatura
4.1 Introducción
4.2 CI semiconductores
4.3 Termistores
4.4 RTDs
4.5 Termopares
4.6 Pirómetros de radiación

 F. J. Ferrero-2006

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4.1 Introducción
CI semiconductor
V (I)

Termistor

RTD

R

T

Termopar
V

R

T

T

T

ƒ Lineales: 1ºC
ƒ 10mV/K o 1µA/K
ƒ Exactitud: 1ºC
ƒ Repetibilidad: 0-1ºC

ƒ Salida alta
ƒ Rápidos
ƒ Baratos
ƒ Alta sensibilidad

ƒEstabilidad
ƒ Exactitud
ƒ Mas lineales que
termopar

ƒ -184 a 2300ºC
ƒ Robustos
ƒ Variedad
ƒ Repetibilidad
ƒ Generador

ƒ -55 a 150ºC
ƒ Requiere fuente
de excitación

ƒ 0 a +200ºC
ƒ No lineales
ƒ Autocalentamiento
ƒ Requiere excitación

ƒ -200 a 850ºC
ƒ Requiere excitación
ƒ Pequeño ∆R
ƒ Baja R absoluta
ƒ Autocalentamiento

ƒ Autocalentamiento
ƒ No lineales
ƒ Tensión salida baja
ƒ Compensación
unión fría
ƒEstabilidad

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4.2 CI semiconductor
IC

IC

V

V=

VN

kT  IC 
ln  
q  IS 

VN =

kT  IC 
ln 

q  N ⋅ IS 
N Transistores

Los CI semiconductores utilizados en la medida de temperatura están
basados en la relación entre la tensión base-emisor de un transistor de unión
bipolar (BJT) y su corriente de colector. Para N transistores y suponiendo que IC
se reparte por igual entre todosellos, la tensión base-emisor será VN.

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Salida analógica
+ Vcc

+Vcc
10mV/ºC

LM35

AD590

I =1µA/K

+

-

10k
(0,1%)

ƒ Alimentación: 4V a 30V
ƒ Ganancia: 10 mV/ºC (LM35); 1,0 µA/K (AD590)
ƒ Margen de temperatura: -55ºC a 150ºC
ƒ Exactitud: 0,5 – 1 ºC

La figura muestra dos ejemplos de sensores comerciales con salida analógica
proporcional a la temperatura, uno con salida en tensión, el LM35 deNational
Semiconductor y otro con salida en corriente, el AD590 de Analog Devices. El
sensor con salida en corriente es particularmente adecuado en ambientes
industriales con altos niveles de ruido eléctrico. En la transmisión de información
en bucle de corriente se tiene una relación S/N mejor que en tensión. La
resistencia que “lee” la corriente ha de ser estable termicamnete y de alta
precisión(0,5 ó 0,1%).

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Salida digital
TMP05
Sensor de
temperatura

TH

PWM

µC
Modulador
digital

TL

Timer

ƒ T (ºC) = 421 - [751x(TH/TL)]
ƒ Margen: -40ºC a +150ºC
ƒ Resolución: 0,025ºC
ƒ Modo daisy-chain

El formato de señal analógica es adecuado en entornos analógicos, tales como
bucles de control de temperatura, pero cada vez más es necesario disponer de la
salida en formato digital para suposterior procesamiento.
El formato digital más simple es una señal PWM la cual puede ser llevada
directamente a un microcontrolador. Se puede utilizar un timer del
microcontrolador para extraer la información de temperatura del tren de pulsos
comparando la relación entre el tiempo a nivel alto y a nivel bajo. Dado que es
una medida ratiométrica, es inmune a cualquier variación de tiempo en eloscilador. Como ejemplo la figura muestra el TMP05 de Analog Devices. Es un
sensor de temperatura de bajo coste con salida PWM con una relación que
cambia en respuesta a cambios de temperatura.
En algunos casos la temperatura medida debe ser aislada eléctricamente (p.e
en aplicaciones industriales de alta tensión) donde la temperatura está siendo
monitorizada por razones de seguridad. En estos casos sepuede emplear un
optoacoplador para acoplar el tren de pulsos. Si se requiere monitorizar la
temperatura en varios puntos se pueden conectar múltiples dispositivos en daisychain. El circuito puede integrar además la circutería para convertir la señal al
formato de los buses serie SPI o I2C típicos de los microcontroladores.

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4.3 Termistores
ƒ Sensores resistivos de temperatura de bajo coste
NTC:Resistencia disminuye con la temperatura
PTC: Resistencia aumenta con la temperatura

Los termistores son sensores de temperatura de tipo resistivo de bajo coste.
Se dividen en dos grupos atendiendo al signo del coeficiente de temperatura de
la resistencia:
ƒ NTC que presentan un coeficiente de temperatura negativo.
ƒ PTC con un coeficiente de temperatura positivo.
Las NTCs son resistencias de...