SENSORES GENERADORES

Se consideran sensores generadores aquellos que generan una señal eléctrica, a partir de la magnitud que miden, sin necesidad de una alimentación. Ofrecen una alternativa para medir muchas de las magnitudes ordinarias, sobre todo temperatura, fuerza y magnitudes afines. Pero, además, dado que se basan en efectos reversibles, están relacionados con diversos tipos de accionadores o aplicaciones inversas en general. Es decir, se pueden emplear para la generación de acciones no eléctricas a partir de señales eléctricas

Efecto Reversible

Se define como aquel proceso que una vez ocurrido puede ser revertido a su estado inicial, sin producir cambios en el sistema o sus alrededores. En otras palabras el sistema y alrededores retornan a su estado original sin sufrir variaciones. Los procesos reversibles son idealizaciones de procesos verdaderos.

Efecto Irreversible

Es todo lo contrario al efecto reversible, es decir, si una señal X se genera con una señal Y, el efecto reversible no permite generar la señal Y a partir de X.

Efecto Termoelectrico

El efecto termoeléctrico en un material relaciona el flujo de calor que lo recorre con la corriente eléctrica que lo atraviesa. Este efecto es la base de las aplicaciones de refrigeración y de generación de electricidad: un material termoeléctrico permite transformar directamente el calor en electricidad, o bien generar frío cuando se le aplica una corriente eléctrica.


EFECTO TERMOELECTRICO

La ilustración corresponde a un texto de física del siglo pasado (E.M. Avery. Elements of Natural Philosophy, Sheidon and Co, 1885, pág. 294).

La barra superior m n es de cobre; la inferior o p es de hismuto. Esta estructura rectangular se orienta en el meridiano magnético y en su interior se sitúa una aguja magnética. Al calentar una de las soldaduras se produce una corriente y la aguja magnética se desvía como indica la figura. La soldadura puede también enfriarse con un trozo de hielo o situando encima un algodón empapado en éter. En este caso se produce una corriente de dirección opuesta a la anterior y la aguja se desvía en sentido contrario.

Efecto Peltier

Descubierto por Jean C.A. Peltier en 1834, consiste en el calentamiento o enfriamiento de la unión entre dos metales al pasar una corriente por ella. Al invertir el sentido de la corriente se invierte también el sentido del flujo de calor, si antes se calentaba ahora se enfría y viceversa.




Se trata de un efecto reversible e independiente de la forma y dimensiones del contacto y de los conductores. Depende sólo de su composición y de la temperatura de la unión.
La dependencia entre la potencia calorífica transformada (Qp) y la corriente es lineal y viene descrita por el coeficiente de Peltier (πAB), que por tener dimensiones de tensión se llama a veces tensión Peltier. Se define πAB como la potencia calorífica generada en la unión entre A y B por unidad de corriente que circula de B a A.



Para una unión a temperatura absoluta T, se demuestra que:



El efecto Peltier es también independiente del origen de la corriente, que puede ser incluso de origen termoeléctrico, como en la página anterior. En este caso cada unión alcanza una temperatura distinta a la de su ambiente y esto puede ser una fuente de error.

Efecto Thompson (Lord Kelvin -1854

Descubierto por William Thomson (Lord Kelvin) en 1847, consiste en la absorción o liberación de calor por parte de un conductor homogéneo con temperatura no homogénea por el que circula una corriente. El calor liberado es proporcional a la corriente. Se absorbe calor cuando la corriente fluye del punto más frío al más caliente y se libera cuando fluye del más caliente al más frío.

La potencia calorífica neta q por unidad de volumen en un conductor de resistividad r, con un gradiente longitudinal de temperatura dT/dx (ºC/m), por el que circula una densidad de corriente i, será:

donde σ es el denominado coeficiente de Thomson.

Efecto Seebeck

El efecto Seebeck fue descubierto por Thomas Seebeck en 1821. Este efecto se manifiesta cuando dos cables de materiales diferentes se unen en sus dos extremos y uno de ellos es calentado. La respuesta a este calentamiento consiste en la aparición de una corriente continua en el circuito termoeléctrico así formado.

Efecto Seebeck en dos metales unidos.

Si el circuito anterior se corta en su parte central el resultado es un termopar. En este, el voltaje de circuito abierto que aparece en los terminales cortados (tensión de Seebeck) es una función de la temperatura de la unión y del tipo de metales unidos.

Tensión de Seebeck.

Todos los metales distintos unidos de esta forma manifiestan este efecto. Para cambios pequeños de temperatura la tensión de Seebeck guarda una relación lineal con la temperatura en la forma :

donde la constante de proporcionalidad α es el llamado coeficiente de Seebeck.