UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE-L INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES Nombres: Byron Nombres: Byron Jorque
Nivel: Quinto Nivel: Quinto
Fecha: 26/05/2017 Fecha: 26/05/2017
SENSORES SEMICONDUCTORE SEMICONDUCTORESS •
Investigue y presente un estudio sobre sensores basados en semiconductores. Ejemplos
SEMICONDUCTORES Un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta. •
SENSORES DE TEMPERATURA DE SEMICONDUCTOR
El sensor de temperatura de semiconductor dispone de funciones de transferencia que son proporcionales a la temperatura en °K, °C o °F. En la mayor parte de las aplicaciones, la señal de salida alimenta un comparador o un convertidor A/D para convertir los datos d atos de temperatura a un formato digital. Los sensores desarrollados en este campo son analógicos y digitales con tensión de salida proporcional a la temperatura absoluta o a la temperatura en °C o °F, sensibilidad 10 mV/°C y una exactitud de ± 1 °C dentro del intervalo -55 °C a 150 °C. Hay analógicos con corriente de salida proporcional a la temperatura absoluta y sensibilidad de 1 A/°C a 3 A/°C y termostatos de -40 °C a +125 °C. Un sensor de temperatura de silicio es un circuito integrado (IC) que puede contener un circuito de procesamiento de la señal que se encargue de la compensación de la unión fría o de la linealización dentro del mismo IC (circuito integrado). APLICACIÓN Estos sensores iniciaron su aplicación en la protección de componentes electrónicos que pueden dañarse por altas o bajas temperaturas (ordenadores, disco duro del ordenador, cargadores de baterías y pantallas LCD - Liquida Cristal Display).
OTRAS APLICACIONES DE INTERÉS EN EL MUNDO INDUSTRIAL SON:
UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE-L INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN • Sensor de temperatura de dos hilos. Se caracteriza porque los dos hilos se encargan
de la alimentación y de la señal de temperatura. La señal de salida es una tensión de c.c. con una impedancia de 100 k_ o mayor, mientras que la alimentación es de c.a. • Transmisor de corriente de 4 -20 mA c.c. • Convertidores multicanal de temperatura a señal digital. • Convertidores de temperatura a frecuencia.
EJEMPLO SENSOR DE TEMPERATURA DE DOS HILOS Y TRANSMISOR ➢
TERMOPARES
Un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia. En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas.
Figura [1]. TERMOPAR
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Tipos de termopares
Tipo K (Cromel (aleación de Ni-Cr) / Alumel (aleación de Ni -Al)): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 °C a +1372 °C y una sensibilidad 41µV/°C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidación. •
Tipo J (Hierro / Constantán): Su rango de utilización es de -270/+1200°C. Debido a sus características se recomienda su uso en atmósferas inertes, reductoras o en vacío, su uso continuado a 800°C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rápida oxidación que sufre el hierro por encima de 550°C y por debajo de 0°C es necesario tomar precauciones a causa de la condensación de vapor de agua sobre el hierro. •
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Compensación de unión fría
El mecanismo de compensación de unión de metales homogéneos es una técnica utilizada en circuitos de medición de temperatura, principalmente basados en termopares, para compensar la dependencia con la temperatura ambiente inherente en la realización de la medida. Dicha compensación permite la realización de una medida absoluta de la temperatura de un cuerpo o fluido.
Figura [2]. Compensación por unión fría
CIRCUITOS PARA LA COMPENSACIÓN EN LA UNIÓN FRIA DE LOS TERMOPARES Normalmente no se hallan las dos temperaturas (la de la unión fría y la que se desea medir) por separado, sino que se emplean métodos para medir directamente la tensión correspondiente a la diferencia entre ambas temperaturas. Para llevar a cabo la compensación de temperatura de la unión de referencia (unión fría) se puede optar por dos soluciones: ➢
Compensación por Software
Mediante el transductor auxiliar se determina la temperatura del bloque isotérmico y se calcula la tensión equivalente de la unión de referencia Vref. Posteriormente a la tensión medida con el voltímetro (V) se le resta Vref para encontrar la tensión del termopar (V1) y convertirla después en la temperatura equivalente tj1, que es la temperatura que realmente se desea conocer. Esta solución permite usar un único bloque isotérmico para diferentes termopares.
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Compensación por Hardware
En este caso, en lugar de determinar la temperatura del bloque isotérmico y posteriormente hallar la tensión equivalente Vref, lo que se hace es insertar directamente una tensión equivalente a ésta en el circuito termoeléctrico de tal manera que ambas se compensen y la medida realizada con el voltímetro (V) sea directamente la tensión correspondiente a la temperatura equivalente tj1. Esta solución es muy rápida pero está restringida a un único termopar. 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. La tensión de alimentación del puente debe de ser estable, y puede ser la de una pila de mercurio.
Figura [3]. Compensación electrónica
Bibliografía •
Información disponible en [WEB]: http://www.google.com.ec/url?sa=t&rct=j&q=pirometros+de+radiacion+doc&source= web&cd=6&ved=0CD0QFjAF&url=http%3A%2F%2Fwww.itescam.edu.mx%2Fprincipal %2Fsylabus%2Ffpdb%2Frecursos%2Fr79028.DOC&ei=466pUPW4L5GO9ASnj4DADw&u sg=AFQjCNEyBi1PaoQMrkiiDzzXdJlkf4qWFQ
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Información disponible en [WEB]: https://prezi.com/_1dhu7xdbsxs/sensoresde-temperatura-de-semiconductor/ Información disponible en [WEB]: https://sites.google.com/site/sensoresomarchavez/home/sensores-ytransductores-de-nivel-semiconductores. Información disponible en [WEB]: http://serverdie.alc.upv.es/asignaturas/LSED/200304/0.Sens_Temp/Clasify/Semiconduct.htm
