Termómetros

Termómetros

El termómetro (del griego θερμός (thermos), el cuál significa "caliente" y metro, "medir") es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales.

Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada.

El creador del primer termoscopio fue Galileo Galilei; éste podría considerarse el predecesor del termómetro. Consistía en un tubo de vidrioterminado en una esfera cerrada; el extremo abierto se sumergía boca abajo dentro de una mezcla de alcohol y agua, mientras la esfera quedaba en la parte superior. Al calentar el líquido, éste subía por el tubo.

La incorporación, entre 1611 y 1613, de una escala numérica al instrumento de Galileo se atribuye tanto a Francesco Sagredo1 como aSantorio Santorio, aunque es aceptada la autoría de éste último en la aparición del termómetro.

• Termómetro de vidrio

Consta de un deposito de vidrio que contiene, por ejemplo Mercurio y que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar y lor margenes de fluidos son: 

Mercurio . . . . . . . . . . . . -35 hasta + 280°C 

Mercurio (capilar lleno de gas) -35 hasta + 450°C 

Pentano . . . . . . . . . . . . -200 hasta + 20°C 

Alcohol . . . . . . . . . . . . -110 hasta + 50°C 

Tolueno . . . . . . . . . . . . -70 hasta + 100°C 

• Termómetro Bimetálico 

Se fundamentan en el distinto coeficiente de dilatación que poseen metales diferentes, tales como latón, monel o acero y una aleación de ferroníquel o invar. (35.5% Níquel), laminados conjuntamente, pudiendo ser estas laminas rectas o curvas formando espirales o hélices. 

Estos termómetros poseen pocas partes móviles, solo la aguja indicadora sujeta el extremo libre de la espiral o de la hélice y el propio elemento bimetálico. 

El eje y el bimetal están sostenidos con cojinetes y el conjunto esta está construido con precisión para evitar rozamientos y su precisión es de ±1% y su campo de medicion es de – 200 hasta +500°C. 

• Termómetro de bulbo y capilar 

Estos consisten esencialmente en un bulbo conectado a un capilar a una espiral que cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expande y la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala para indicar la temperatura en el bulbo. 

Hay 3 clases de estos termómetros: 

Clase I . . . . . . . Termómetros actuados por líquido 

Clase II . . . . . . . Termómetros actuados por vapor 

Clase III . . . . . . .Termómetros actuados por gas 

Clase IV . . . . . . .Termómetros actuados por Mercurio 

Los termómetros actuados por líquido tienen el sistema de medición lleno de líquido y como su dilatación es proporcional a la temperatura, la escala de medición resulta uniforme. El volumen del líquido depende principalmente de la temperatura del bulbo, de la capilar y de la del elemento de medición (temperatura ambiente). Por lo tanto para capilares cortos hasta 5m, solo hay que compensar el elemento de medición para evitar errores debidos a variaciones de la temperatura ambiente (clase B), y para capilares mas largos hay que compensar el volumen del tubo capilar (clase IA) y los líquidos que se utilizan son alcohol y éter. 

El campo de medición de estos instrumentos varía entre 150 hasta 500°C dependiendo del tipo de líquido que se emplee. 

Los termómetros actuados por vapor contienen un líquido volátil y se basan en el principio de presión de vapor. Al subir la temperatura, aumenta la presión del liquido, la escala de medición no es uniforme, sino que las distancias entre divisiones van aumentando hacia la parte mas alta de la escala, la presión en el sistema depende solamente de la temperatura en el bulbo, por consiguiente no hay necesidad de compensar la temperatura ambiente. Si la temperatura del bulbo es mayor que la temperatura ambiente, el capilar y el elemento están llenos de liquido (clase IIA), siendo necesario corregir la indicación en la diferencia de alturas entre el bulbo y el elemento de medición. 

Si la temperatura del bulbo es mas baja, el sistema se llena de vapor (clase IIB) 

La clase IIC, opera con la temperatura superior en inferior a la temperatura ambiente, y la clase IID trabaja con la temperatura del bulbo superior, igual, e inferior a la ambiente empleando otro liquido no volátil para transmitir la presión de vapor. 

• Termómetros de resistencia

Termómetros de resistencia la medida de temperatura utilizando resistencia depende de las características de resistencia en función de la temperatura que so propias del elemento de detección. 

Este elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica. 

El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado “coeficiente de temperatura de resistencia” que expresa a una temperatura especificada, la variación de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura. 

La relacion entre estos factores puede verse en la expresión lineal siguiente: 

R = R0 (1+αt) 

En la que: 

R0 = resistencia en ohmios a 0°C 

R = resistencia en ohmios t°C 

α = coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor entre 0 y 100°C es de 0.003850 Ω*Ω¯¹ en la escala practica de temperaturas. 

A continuación se muestran las curvas de resistencia de diferentes metales en función de la temperatura. 

[pic] 

Ahora los materiales que forman el conductor de la resistencia deben poseer las siguientes características: 

1.- Alto coeficiente de temperatura de la resistencia relativa ya que de este modo el instrumento de medida será muy sensible. 

2.- Alta resistividad, ya que cuando mayor sea la resistencia a una temperatura dada mayor será la variación por grado (mayor sensibilidad). 

3.- Relación lineal resistencia-temperatura. 

4.- Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de fabricación de estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda, a fin de obtener tamaños pequeños (rapidez de respuesta). 

5.- Estabilidad de características durante la vida útil del material. 

Los materiales mas comunes son el platino y el níquel, siendo el mas adecuado el platino.

Ejemplos de circuitos puente 

Izq) Dos hilos Der) tres hilos