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10-5 TERMISTORES Y DETECTORES RESISTÍVOS DE TEMPERATURA (RTD)

Además de usar el voltaje de un termopar para medir eléctricamente la temperatura, también es posible usar el cambio de resistencia que ocurre en muchos materiales a medida que cambia su temperatura. Los materiales usados para este propósito caen en dos categorías, los metales puros y los óxidos metálicos.
Los metales
puros tienen un coeficiente de resistencia de temperatura positivo bastante constante. El coeficiente de resistencia de temperatura, generalmente llamado coeficiente de temperatura es la razón de cambio de resistencia al cambio de temperatura. Un coeficiente positivo significa que la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Si el coeficiente es constante, significa que el factor de proporcionalidad entre la resistencia y la temperatura es constante y que la resistencia y la temperatura se graficarán en una línea recta. En la figura 10-9(a) se dan las gráficas de resistencia contra temperatura para varios materiales comunes. El factor  de resistencia en esta gráfica significa el factor por el cual la resistencia real es mayor que la resistencia de referencia a 0°F. Por ejemplo, un factor de 2 indica que la resistencia es el doble que cuando estaba a 0°F. Cuando se usa un alambre de metal puro para la medición de temperatura, se le refiere como detector resistivo de temperatura, o RTD (por las siglas en inglés de resistive temperature detector).
Cuando se usan óxidos meta para la medición de temperatura, el material de óxido metálico es conformado en formas que semejan pequeños bulbos o capacitares. El dispositivo formado así se llama termistor. Los termistores tienen coeficientes de temperatura negativos grandes no son constantes. En otras palabras, el cambio de resistencia por unidad de cambio de temperatura es mucho mayor que para un metal puro, pero el cambio es en la otra dirección: la resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura. El hecho de que el coeficiente no sea constante significa que el cambio en la resistencia por unidad de cambio de temperatura es diferente a diferentes temperaturas. En la figura 10-9(b) se muestran graficas de resistencia contra temperatura para tres termistores industriales típicos. Note que la escala vertical es logarítmica para permitir la presentación del gran rango de resistencias. La resistencia sensible a la temperatura que compensó al termopar en la sección 10-4 podría ser un termistor.
En
la figura 10-10 se muestran tres circuitos para la utilización de los termistores y/o los RDT. En los diagramas esquemáticos, los resistores sensibles a la temperatura se simbolizan con un resistor encerrado en un círculo con la flecha atravesándola y la letra T fuera del ciclo. Un resistor con un coeficiente de temperatura positivo puede indicarse apuntando hacia arriba del circulo, y un resistor con un coeficiente negativo puede simbolizarse con una flecha apuntando hacia la parte inferior del círculo. Estas no son reglas de aceptación universal, pero se usarán en este libro.
En la figura 10-10(a), el transductor de temperatura se muestra en serie con un amperímetro y una fuente de voltaje estable. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia disminuye y aumenta la corriente. Si las características específicas del termistor son conocidas, es posible relacionar la medición de la corriente con la temperatura real. La fuente de voltaje no debe cambiar o la correspondencia entre corriente y temperatura se invalidará.
En la figura 10-10(b), el transductor de temperatura incrementa su resistencia a medida que aumenta la temperatura. Esto causa la aparición de una parte mayor del suministro estable de voltaje a través de sus terminales. Entonces, la lectura del voltímetro puede relacionarse con la temperatura. Si se desea, la escala del voltímetro puede marcarse en unidades de temperatura en lugar de volts, para una lectura directa de la temperatura.

 
En la figura 10-10(c) se usa un circuito puente. En cuanto a precisión, las mediciones de los circuitos puente son inherentemente superiores a otras mediciones, pues puede hacerse muy sensible el medidor que detecta el desbalance del puente. Por tanto, aun un ligero desbalance del puente puede detectarse y ser ajustado. El medidor de detección del puente puede hacerse muy sensible porque cuando el puente está cerca de ser balanceado, el voltaje a través del puente es cercano a cero. Ya que el medidor de detección no tiene que medir un voltaje grande, puede lograrse su respuesta vigorosa a un voltaje pequeño. En otras palabras, puede hacerse muy sensible. En contraste, los medidores de la figura 10-10(a) y (b) no pueden hacerse muy sensibles porque deben ser capaces de leer valores (relativamente) altos de voltaje o corriente.
El circuito puente funciona como sigue: a medida que aumenta la temperatura del termistor, su resistencia disminuye. Esto cambia la razón de las resistencias del lado derecho y saca al puente de balance (suponiendo que estaba balanceado al empezar). De manera manual o automática, R3, es ajustado hasta que la razón de resistencias del lado derecho nuevamente es igual a la razón del lado izquierdo, regresando el balance al puente. La posición del eje del potenciómetro R1 entonces representa la temperatura, ya que, por cada valor posible de la resistencia de R1 sólo hay un valor de la resistencia de R3 que balancea el puente. El eje de R3 está conectado mecánicamente a otro eje que posiciona el apuntador de la temperatura.
Al usar el método de medición de puente balanceado, la escala de lectura de la temperatura será lineal si el transductor es lineal. Una escala de lectura lineal significa que distancias iguales de la escala representan diferencias  iguales en la temperatura, o dicho de otra manera, que las marcas de escala de la temperatura están espaciadas de manera igual. Dado que se ha visto que un termistor es muy poco lineal, esperaríamos que la escala de temperatura de la figura 10—10(c) también fuera no lineal. La no linealidad extrema de los termistores los hace poco apropiados para la medición de temperaturas a través de rangos amplios. Sin embargo, para la medición de temperaturas dentro de bandas angostas, están muy bien dotados, pues dan una gran respuesta a un cambio de temperatura pequeño. Esta gran respuesta también es lo que recomienda a los termistores en aplicaciones como la escrita en la figura 10-7(d), compensando una malla de termopar sobre una banda bastante angosta de temperaturas de unión fría. La enérgica respuesta del termistor simplifica la generación de suficiente compensación.
La no linealidad natural de los termistores puede corregirse parcialmente conectando varios termistores apareados en una combinación serie-paralelo. El circuito resultante se llama red compuesta de termistores. Estas redes son bastante lineales a través de un rango bastante amplio de temperaturas (unos 200°F), pero necesariamente son más caros que los termistores sencillos.
Como regla general, los termistores son preferibles cuando la banda de temperatura esperada es angosta, mientras que los RTD son preferibles cuando la banda de temperatura esperada es amplia. La mayoría de los termistores son fabricados para uso entre — 150°F y + 800°F, aunque se han desarrollado termistores especiales para temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto. Hay termómetros con RDT disponibles para temperaturas de 400°F a — 2000° F.
Aparte de sus usos en la medición de temperatura en un medio externo, los termistores también tienen aplicaciones que hacen uso del calor interno generado a medida que conducen corriente. En cualquier aplicación de medición de temperatura externa, es importante eliminar el efecto del calor generado internamente en el termistor. Esto se logra haciendo muy pequeña la corriente del termistor. En algunas aplicaciones, sin embargo, la capacidad de un termistor para cambiar su propia resistencia conforme genera energía de calor. 1^2, puede ser muy útil. Por ejemplo, el autocalentamiento de un termistor puede usarse para establecer retardos de tiempo, proteger componentes delicados de las sobrecorrientes momentáneas, detectar la presencia o ausencia de material conductor térmico, etc.

 

 

 

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