Historia del sensor de temperatura

historia del sensor de temperatura
historia de la temperatura

Breve historia de la medición de la temperatura y los sensores


Sentir el calor y el frío es fundamental para la experiencia humana, pero encontrar una forma de medir la temperatura fue un desafío para muchas grandes mentes. No sabemos si los antiguos griegos o los chinos sabían cómo medir la temperatura porque, hasta donde sabemos, la historia de los sensores de temperatura comenzó en el Renacimiento.


El desafío de medir la temperatura

Robert Hooke Ole Roemer

El calor es una medida de la energía en un cuerpo o material, cuanto más alta es esta energía, más calor hace. Pero a diferencia de las propiedades físicas de la masa y la longitud, era difícil de medir. La mayoría de los métodos de medición eran indirectos, mirando el efecto del calor en algo y deduciendo la temperatura de él.


La creación de una escala para medir la temperatura también fue un desafío. En 1664, Robert Hooke propuso usar el punto de congelación como el punto cero, midiendo las temperaturas desde ese punto. Más o menos al mismo tiempo, Ole Roemer vio la necesidad de dos puntos fijos que permitieran la interpolación entre ellos. Los puntos seleccionados fueron el punto de congelación y el punto de ebullición de Hooke. Esto, por supuesto, deja la pregunta de cuán caliente o frío puede ser.

Esta pregunta fue respondida por Gay-Lussac y otros científicos que estudiaron las leyes de los gases. En el siglo XIX, cuando estudiaron los efectos de la temperatura en el gas a presión constante, encontraron que el volumen aumenta en una fracción de 1/267 grados Celsius (que luego se cambió a 1/273,15). Esto condujo al concepto de cero absoluto a -273,15°C.

Cuidado con la expansión: Líquidos y bimetales

Se sabe que Galileo construyó dispositivos que midieron los cambios de temperatura alrededor de 1592. Aparentemente Galileo utilizó la contracción del aire en el contenedor para mover la columna de agua, y la altura de la columna indicaba la intensidad del enfriamiento. Sin embargo, estaba fuertemente influenciado por la presión del aire y, en última instancia, era más que una simple novedad.

El termómetro en su forma actual fue inventado en 1612 por Santorio Santorio en Italia. Santorio selló el líquido en un tubo de vidrio y notó que el líquido se mueve hacia arriba a medida que se expande. La escala del tubo facilitaba la observación de los cambios, pero el sistema no tenía unidades de temperatura precisas.

En colaboración con Roemer, Daniel Gabriel Fahrenheit comenzó a fabricar termómetros que utilizaban tanto alcohol como mercurio como líquidos. El mercurio es ideal porque reacciona muy linealmente a una amplia gama de cambios de temperatura, pero debido a las preocupaciones sobre su toxicidad, fue usado raramente. Hasta ahora, se han desarrollado otros fluidos para reemplazarlo. Los termómetros de líquido siguen siendo muy utilizados, aunque es importante controlar la profundidad de inmersión de la sonda. El uso de una cápsula termométrica contribuye a una buena transferencia de calor.

El sensor de temperatura bimetálico fue inventado a finales del siglo XIX. El sensor utiliza la diferencia de expansión de las dos placas metálicas conectadas. Los cambios de temperatura forman una curva que puede ser utilizada para activar un termostato o un dispositivo de medición similar a una parrilla de gas. La precisión es baja, alrededor de 2 grados, pero estos sensores de temperatura son baratos y por lo tanto tienen muchas aplicaciones.

Efectos termoeléctricos

A principios del siglo XIX, la corriente eléctrica era un campo de investigación prometedor, y los científicos descubrieron rápidamente que los metales que diferían en resistencia y conductividad podían utilizarse para medir la temperatura. En 1821 Thomas Johann Seebeck descubrió que el voltaje se crea cuando los extremos de diferentes metales se conectan y se colocan a diferentes temperaturas. Peltier descubrió que este efecto de termopar funciona en la dirección opuesta y por lo tanto puede ser utilizado para la refrigeración.


En el mismo año, Humphrey Davey mostró cómo la resistencia eléctrica de un metal está relacionada con su temperatura. Cinco años más tarde, Becquerel propuso el uso de un termopar de platino para medir la temperatura, pero no fue hasta 1829 que Leopold Nobili creó este dispositivo.


El platino también se utiliza en el detector de temperatura de resistencia (RTD) inventado por C.H. Meyers en 1932. Meyers midió la resistencia eléctrica del cable de platino. En general, se considera que el RTD es el tipo de sensor de temperatura más preciso. Aunque los dispositivos RTD con cable son intrínsecamente frágiles y no son adecuados para aplicaciones industriales. En los últimos años, se han desarrollado dispositivos fílmicos RTD que, aunque menos precisos, son más robustos.


Los dispositivos de medición de la temperatura de los semiconductores también se inventaron a principios del siglo XX. Reaccionan a los cambios de temperatura con gran precisión, pero hasta hace poco carecían de linealidad.


Irradiación térmica


William Herschel Samuel LangleyLos metales fundidos muy calientes brillan y emiten calor y luz visible. También irradian calor a bajas temperaturas, pero en ondas más largas. El astrónomo inglés William Herschel fue el primero en darse cuenta alrededor de 1800 de que era la luz oscura o infrarroja la que causaba el calor. En colaboración con su compatriota Melloni, Nobili encontró una forma de detectar esta energía radiada combinando termopares en serie en termopares.


Luego, en 1878, el bolómetro apareció como un dispositivo de medición de la temperatura. El bolómetro inventado por el americano Samuel Langley tenía dos placas de platino, una de ellas ennegrecida, en un sistema de puente de Wheatstone. El calentamiento por infrarrojos causó un cambio medible en la resistencia.


La historia de las escalas de temperatura


Anders Celsius Lord Kelvin Cuando Fahrenheit hizo los termómetros, se dio cuenta de que necesitaba una escala de temperatura. Fahrenheit fijó el punto de congelación del agua salada en 30 grados y su punto de ebullición en 180 grados más. Entonces decidió usar agua pura que se congela a una temperatura ligeramente más alta hasta que se congela a 32°F y hierve a 212°F.


Un cuarto de siglo más tarde, Anders Celsius propuso la escala 0-100, que hoy lleva su nombre. Más tarde William Thomson (más tarde Lord Kelvin) vio las ventajas de un punto fijo al final de la escala de temperatura y propuso utilizar el cero absoluto como punto de partida del sistema Celsius. Esto condujo a la escala de temperatura Kelvin, que ahora se utiliza en la comunidad científica.

Actualmente, las escalas de medición de temperatura están definidas en la Escala Internacional de Temperatura 90 o ITS-90. Los lectores que quieran comprobar o entender mejor sus unidades de medida deberían recibir una copia.