7. Sensores Componentes del Dispositivo

7.1 Sensor de Temperatura

De una manera cualitativa, se puede describir la temperatura de un objeto como aquella determinada por la sensación de tibio o frío al estar en contacto con él.

Esto es fácil de demostrar cuando varios objetos se colocan juntos (los físicos lo definen como contacto térmico), los objetos calientes se enfrían mientras que los más fríos se calientan hasta un punto en el cual no ocurren más cambios, y para nuestros sentidos, todos tienen el mismo grado de calor. Cuando el cambio térmico ha parado, se dice que los objetos (los físicos los definen más rigurosamente como sistemas) están en equilibrio térmico. Entonces podemos definir la temperatura de un sistema diciendo que la temperatura es aquella cantidad que es igual para todos los sistemas cuando ellos están en equilibrio térmico.


Lo expresado es llamado Ley Cero de la Termodinámica y puede ser escrita más formalmente como:

Si tres o más sistemas están en contacto térmico entre sí y todos en equilibrio al mismo tiempo, entonces cualquier par que se tome separadamente están en equilibrio entre sí.

Ahora uno de los tres sistemas puede ser calibrado como un instrumento para medir temperatura, definiendo así un termómetro. Cuando se calibra un termómetro, este se pone en contacto con el sistema hasta que alcanza el equilibrio térmico, obteniendo así una medida cuantitativa de la temperatura del sistema. Por ejemplo, un termómetro clínico de mercurio es colocado bajo la lengua del paciente y se espera que alcance el equilibrio térmico con su boca. Se puede ver como el líquido plateado (mercurio) se expande dentro del tubo de vidrio y se puede leer en la escala del termómetro para saber la temperatura del paciente.

¿Qué es un Termómetro?

Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la temperatura. La manera más "regular" es de forma lineal:

t(x)=ax+b (1)

Donde t es la temperatura y cambia con la propiedad x de la sustancia. Las constantes a y b dependen de la sustancia usada y deben ser evaluadas en dos puntos de temperatura específicos sobre la escala, por ejemplo, 32° para el punto congelamiento del agua y 212° para el punto de ebullición en la ya muy conocida escala de grados Fahrenheit.

Por ejemplo, el mercurio es líquido dentro del rango de temperaturas de -38,9°C a 356,7 °C (en la escala Celsius). Como un líquido, el mercurio se expande cuando se calienta, esta expansión es lineal y puede ser calibrada con exactitud.

En la creación de instrumentos medidores de temperatura se debe tener muy en cuenta el tipo de material utilizado o los dispositivos de sensado, ya que estos determinan la complejidad del ajuste de la medida. Existen muchos materiales y dispositivos que cambian su estado al detectar cambios de temperatura entre ellos tenemos el mercurio, aleaciones, que se dilatan; otros como los sensores de temperatura electrónicos alteran el paso de corriente o voltaje en un simple circuito. Fabricantes de estos dispositivos electrónicos están la NATIONAL con sus LM354, el LM355, y otros. La Intersil, hoy Harris, con su AD590, la DALLAS con su DS1820 que permite una comunicación I2C. De los disponibles en el mercado se escogió al AD590 por su alta linealidad, su bajo costo y su fácil manejo.