Sensores y Termopares: Componentes, Características y Funcionamiento

Componentes de un Sistema de Medición Electrónico

Sensor

Elemento en contacto directo con el proceso a medir. Convierte la magnitud física (temperatura, caudal, nivel, velocidad, aceleración, fuerza, etc.) en otra señal (eléctrica o no) que el transductor puede convertir en una señal medible. La señal del sensor puede ser tensión, intensidad, resistencia, tiempo, frecuencia, etc.

Acondicionador

Debido a que la señal de salida del sensor, normalmente, no tiene las características apropiadas para su medida directa, se adecua mediante un acondicionador (amplificación, conversión, linealización, filtraje, compensación de perturbaciones, etc.). Esto se realiza con Amplificadores Operacionales (A.O.). El acondicionador convierte la señal del sensor en una señal de tensión o intensidad normalizada. Las señales normalizadas más comunes son de 0 a 10V (tensión) y de 4 a 20mA (intensidad), aunque existen otras.

Sonda

Los sensores suelen estar protegidos por vainas metálicas con bornes de conexión. Este conjunto se denomina sonda.

Características de los Instrumentos de Medición

• Campo de medida: Conjunto de valores de la magnitud medida para los que el dispositivo proporciona una señal de salida con una cierta precisión.
• Alcance (span): Diferencia entre los valores máximo y mínimo del campo de medida.
• Sensibilidad: Relación entre el incremento de la señal de salida y el incremento de la magnitud de entrada. Si el sensor es lineal, su sensibilidad será constante; si no, dependerá del punto de medición.
• Resolución: Mínima variación detectable de la magnitud de entrada en la salida.
• Error de medida: Razón entre el error total y el rango completo de medida, expresado en porcentaje. El error total es la diferencia entre el valor leído y el valor real.
• Error de cero (Offset): Se produce cuando la magnitud a medir es nula y la señal del transductor no lo es.
• Error de linealidad: Ocurre cuando la curva característica no es una línea recta.
• Histéresis: Se presenta cuando la característica del transductor, obtenida con valores crecientes, no coincide con la obtenida con valores decrecientes.

Termopares: Funcionamiento y Montaje

Principio de Funcionamiento

Un termopar está formado por la unión de dos metales distintos. Su funcionamiento se basa en el efecto Seebeck (1821): la circulación de una corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión de referencia o fría) se mantienen a distinta temperatura. Esta circulación se debe a dos fenómenos combinados:

• Efecto Peltier: Liberación o absorción de calor en la unión de dos metales distintos cuando circula una corriente a través de ella.
• Efecto Thomson: Liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo con un gradiente de temperatura.