Que es efecto reversible.
Este efecto se presenta en transductores que es independiente del forma y dimensiones de los conductores, como su nombre lo dice, es un efecto que puede pasar de un estado 1 a un estado 2 y luego del estado 2 volver al estado 1.
Que es efecto irreversible.
Este efecto se presenta en transductores que es independiente del forma y dimensiones de los conductores, como su nombre lo dice, es un efecto que no puede pasar de un estado 1 a un estado 2 ni viceversa.
Que es efecto termoeléctrico.
Este efecto es producido por un circuito formado por dos metales homogéneos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, aparece una corriente eléctrica. Es decir, hay una conversión de energía térmica a energía eléctrica.
Si se abre el circuito, aparece una fuerza (termo) electromotriz (f.t.e.m.) cuya magnitud depende de la naturaleza de los metales y de la diferencia de temperatura entre las dos uniones.
Defina con texto y con gráficos el Efecto Peltier
Efecto Peltier (Jean C. Peltier -1834)
Consiste en el calentamiento o enfriamiento de una unión entre dos metales distintos al pasar corriente por ella. Al invertir el sentido de la corriente se invierte también el sentido del flujo de calor. Es decir si antes una unión se calentaba (cedía calor), al cambiar el sentido de la corriente se enfría (absorbe calor), es decir, si primero se enfriaba ahora se calienta o viceversa.
Este efecto es reversible e independiente del contacto, es decir, de la forma y dimensiones de los conductores. Depende solo de su composición y de la temperatura de la unión.
La dependencia es lineal y viene descrita por el coeficiente de Peltier pAB que se define como el calor generado en la unión entre A y B por unidad de corriente que circula de B a A para una unión a temperatura T, y esta definido por:
πAB= T(SB - SA)= -πBA
El hecho de que el calor intercambiado por unidad de superficie de la unión sea proporcional a la corriente y no a su cuadrado, marca la diferencia respecto al efecto Joule. En este el calentamiento depende del cuadrado de la corriente y no cambia al hacerlo su dirección.
El efecto Peltier, es también independiente del origen de la corriente, que puede ser, incluso de origen termoeléctrico. En este caso las uniones alcanzan una temperatura distinta a la del ambiente y ello puede ser una fuente de errores.
Defina con texto y con gráficos el Efecto Thompson
Efecto Thompson (Lord Kelvin -1854)
Consiste en la absorción o liberación de calor por parte de un conductor homogéneo con temperatura No homogénea por el que circule corriente.
El calor liberado es proporcional a la corriente - no a su cuadrado- y por ello cambia el signo al hacerlo el sentido de la corriente. Se absorbe calor al fluir corriente del punto frío al más caliente y se libera cuando fluye del más caliente al más frío. En otras palabras, se absorbe calor si la corriente y el calor fluyen en direcciones opuestas y se libera calor si fluyen en la misma dirección.
A pesar de todas las limitaciones, los termopares son sin duda alguna los transductores de uso más frecuente para medir temperatura:
Ventajas:
· Gran Alcance:
· Gran Estabilidad. Alta fiabilidad.
· Mayor exactitud que un RTD.
· Pequeño y mediano tamaño.
· Velocidad de respuesta rápida (ms).
· Robustos.
· Simples.
· Flexibilidad de Utilización.
· Bajo costo.
Defina con texto y con gráficos el Efecto Seebeck
Efecto Seebeck
Históricamente fue primero Thomas J. Seebeck quien descubrió, en 1822, que en un circuito formado por dos metales homogéneos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, aparece una corriente eléctrica. Es decir, hay una conversión de energía térmica a energía eléctrica.
Si se abre el circuito, aparece una fuerza (termo) electromotriz (f.t.e.m.) cuya magnitud depende de la naturaleza de los metales y de la diferencia de temperatura entre las dos uniones.
Al conjunto de estos dos metales con una unión firme en un punto se le denomina termopar.
La relación entre la f.t.e.m. (EAB) y la diferencia de temperatura entre las uniones (T), define el coeficiente de Seebeck (SAB) SA y SB son, respectivamente, la potencia termoeléctrica absoluta de los metales A y B. En general SAB no es constante sino que suele crecer al aumentar la temperatura.
Mientras que la corriente depende de la resistencia de los conductores, la f.t.e.m. no depende ni de la resistividad, ni de la sección, ni de la distribución de temperaturas en los conductores. Depende sólo de la diferencia de temperatura entre las uniones y de la naturaleza de los conductores.
Defina con texto y con gráficos el Efecto Seebeck
Efecto Seebeck
Históricamente fue primero Thomas J. Seebeck quien descubrió, en 1822, que en un circuito formado por dos metales homogéneos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, aparece una corriente eléctrica. Es decir, hay una conversión de energía térmica a energía eléctrica.
Si se abre el circuito, aparece una fuerza (termo) electromotriz (f.t.e.m.) cuya magnitud depende de la naturaleza de los metales y de la diferencia de temperatura entre las dos uniones.
Al conjunto de estos dos metales con una unión firme en un punto se le denomina termopar.
La relación entre la f.t.e.m. (EAB) y la diferencia de temperatura entre las uniones (T), define el coeficiente de Seebeck (SAB) SA y SB son, respectivamente, la potencia termoeléctrica absoluta de los metales A y B. En general SAB no es constante sino que suele crecer al aumentar la temperatura.
Mientras que la corriente depende de la resistencia de los conductores, la f.t.e.m. no depende ni de la resistividad, ni de la sección, ni de la distribución de temperaturas en los conductores. Depende sólo de la diferencia de temperatura entre las uniones y de la naturaleza de los conductores.
Tipos de Termopares .
En las uniones de termopar interesa tener:
· Resistividad elevada sin requerir mucha masa
· Coeficiente de temperatura débil en la resistividad;
· Resistencia a la oxidación a temperaturas altas.
· Linealidad lo mayor posible.
Para lograr estas propiedades se emplean aleaciones especiales:
· Níquel (90)/Cromo(IO) -Cromel-;
· Cobre(57)1Niquel(43);
· Níquel(94 )1 Aluminio(2 )-Manganeso(3 )-S ilicio( I) -Alumel-
Construcción de Termopares.
Las termocuplas son el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente. Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los mili volts el cual aumenta con la temperatura.
Normas de aplicación práctica por los Termopares
La medición de temperaturas mediante termopares, además de las ventajas e inconvenientes expuestos esta sujeta a una serie de leyes verificadas experimentalmente, que simplifican en gran manera el análisis de circuitos con termopares.
· Ley de los circuitos homogéneos
· 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.
·
En
· Ley de los Metales Intermedios
La suma algebraica de las ftem. en un circuito compuesto de un numero cualesquiera de metales distintos es cero. Si todo el circuito está 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 un a unión. Un colorario de esta leyes que si se conoce la relación térmica de dos metales distintos con un tercero. Se puede encontrar la relación entre los dos primeros. Por lo tanto no hace falta calibrar todos los posibles pares de metales para conocer la temperatura correspondiente a 1a ftem. detectada con un par determinado. Basta con conocer su comportamiento con un tercero. Se ha convenido en tomar el Platino como referencia.
Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias.
Si dos metales homogéneos producen un ftem. E1 cuando las uniones están a T1 y T2 y una ftem. E2, cuando las uniones están a T2 y T3, la ftem. cuando las uniones estén a T1 y T3 sera (E1 + E2).
Esto significa, por ejemplo, que la unión de referencia no tiene porque estar a ooc si no que puede usarse otra temperatura de referencia.
Aplicando las leyes anteriores se pueden analizar fácilmente circuitos como los que se presentan a continuación:
En el caso (a) se trata de la conexión serie de varios termopares, constituyendo to que se denomina una termopila. Es fácil comprobar que aumenta la sensibilidad respecto al caso de un soto termopar. En el caso (b) la conexión es en paralelo, y se detecta la temperatura media si todos tos termopares son lineales en el margen de medida y tiene la misma resistencia
Efecto de la temperatura ambiente en la unión de referencia de los termopares.
El principal inconveniente de las termocuplas es su necesidad de "compensación de cero". Esto se debe a que en algún punto, habrá que empalmar los cables de la termocupla con un conductor normal de cobre.
En ese punto se producirán dós nuevas termocuplas con el cobre como metal para ambas, generando cada una un voltaje prorcional a la temperatura de ambiente ( Ta ) en el punto del empalme.
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.
Explicación de la tabla estandar de termopares.
La protección frente al ambiente se logra mediante un encapsulado denominado Vaina que notmalmente es acero inoxidable. La velocidad de respuesta y la robustez de la sonda vendrán afectadas por el espesor del encapsulado. En el cuadro siguiente se presentan las características de algunos de los termopares mas comunes y su designación de acuerdo con las normas ANSI.
TERMOPARES MAS COMUNES
Las características completas en cuanto a tensión de salida se encuentran tabuladas de forma que se dan las tensiones correspondientes a distintas temperaturas y cuando la unión de referencia esta a 0,00°C. Esto no significa que la unión a
Ejemplo:
Un circuito constituido por un termopar tipo J tiene una unión a
· En el cuadro anterior, en la fila correspondiente a 40 y la columna correspondiente a 5, se lee 2,321 mV.
Ejemplo:
Si en un termopar tipo J con una unión a o°C se obtiene en circuito abierto una tensión de 5m V. ¿ Cuál es la temperatura de la otra unión ?
· A
· A
La sensibilidad en esta zona es 54uV/°C y por tanto la unión esta a unos 95,07 °C-
En la interpretación de este ultimo resultado hay que considerar la exactitud propia de cada modelo del termopar, el cual es indicado en los manuales del fabricante y que se debe de considerar como un factor de tolerancia. Las variaciones pueden ser en algunos casos hasta de ±
Sensores piezoeléctricos
El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición de una polarización eléctrica en un material al deformarse bajo la acción de un esfuerzo.
Es un efecto reversible, de modo que al aplicar una diferencia de potencial eléctrico a un material
piezoeléctrico, aparece una deformación.
Estos fenómenos fueron descubiertos por Jacques y Pierre Curie en 1880. La piezoelectricidad está relacionada con la estructura cristalina de los materiales.
Las propiedades piezoeléctricas se manifiestan en 20 de las 32 clases cristalográficas, aunque en la práctica se usan sólo unas pocas.
Entre los materiales piezoeléctricos naturales, los de uso más frecuente son el cuarzo y la turmalina.
En cuanto a las sustancias sintéticas, las que han encontrado más aplicación como materiales
piezoeléctricos son las cerámicas.
Sensores piroeléctricos
Sensores fotoeléctricos
Cuando el efecto fotoeléctrico se produce en la barrera de potencial de una unión PN se denomina efecto fotovoltaico.
Si la unión PN, en circuito abierto, se somete a una radiación cuya energía supere la anchura de la banda prohibida, aparecen pares electrón-hueco adicionales que se desplazan bajo la acción del campo eléctrico en la zona de la unión. La llegada de electrones a la zona N y de huecos a la zona P, produce una reducción del potencial de contacto de valor VP, que se puede medir mediante conexiones externas a una resistencia de carga. Esta tensión aumenta al aumentar la intensidad de la radiación incidente hasta llegar a la saturación.
Si se cortocircuitan los contactos la corriente es proporcional a la intensidad luminosa recibida en un amplio margen.
Un fotodiodo, bajo radiación, genera una corriente en el sentido cátodo-ánodo y una tensión ánodo-cátodo positiva, es decir, se comporta como una fuente de tensión dependiente de la
iluminación recibida.
La gama de longitudes de onda a la que es sensible el sensor depende del material semiconductor utilizado.
Los sensores fotovoltaicos se emplean tanto en aplicaciones donde se mide la luz como en aplicaciones donde la luz se emplea como medio para detectar otra magnitud.
Se comercializan modelos constituidos por un par emisor-detector adaptados, e incluso conectados a un relé para control.
