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Una Breve Historia de la medición y los Sensores de Temperatura

Historia de la Temperatura Las sensaciones de calor y frío son fundamentales para la experiencia humana, y aun así, encontrar formas de medir la temperatura fue un desafío para muchas grandes mentes. No tenemos información sobre si los antiguos griegos o chinos conocían formas de medir temperatura, entonces hasta donde sabemos, la historia de los sensores de temperatura empezó durante el Renacimiento.

El Desafío de la Medición de temperatura

Robert Hooke
Robert Hooke
Ole Roemer
Ole Roemer
El calor es una medida de la energía en un cuerpo o un material - cuanto mayor es la energía, más caliente es. Pero diferentemente de las propiedades físicas de masa y longitud, fue difícil llegar a medirlo. La mayoría de los métodos de medición eran indirectos, observándose el efecto que el calor tenía en algo y deduciendo la temperatura a partir de eso.

La creación de una escala de medición de temperatura también fue un desafío. En 1664, Robert Hooke propuso que el punto de congelación del agua se usara como el punto cero, con las temperaturas siendo medidas a partir de ese punto. Aproximadamente en la misma época, Ole Roemer se dio cuenta de la necesidad de dos puntos fijos, permitiendo la interpolación entre ellos. Los puntos que se eligieron fueron el punto de congelación de Hooke y el punto de hervor del agua. Esto, evidentemente, deja sin respuesta la cuestión de cuán calientes o frías las cosas pueden ser.

Esta cuestión fue respondida por Gay-Lussac y otros científicos que trabajaban con las leyes de los gases. Durante el siglo XIX, mientras investigaban el efecto de la temperatura en gas a una presión constante, se dieron cuenta de que el volumen crece en una fracción de 1/267 por grado Celsius (lo que después ser modificó a 1/273,15). Esto ocasionó el concepto de cero absoluto a -273,15°C.

Observando la Expansión: Líquidos y Bimetales

Se sabe que Galileo construyó un equipo que medía cambios de temperatura en algún momento cerca de 1592. Aparentemente, Galileo usaba la contracción del aire en un recipiente para mover una columna de agua, y la altura de la columna era usada para indicar la intensidad del enfriamiento. Sin embargo, era fuertemente afectado por la presión del aire y acabó siendo un poco más que una simple novedad.

El termómetro como lo conocemos a día de hoy fue inventado en 1612 por Santorio Santorio en Italia. Santorio selló un líquido dentro de un tubo de vidrio, observó que el líquido se movía hacia arriba mientras se expandía. Una escala en el tubo facilitaba la visualización de los cambios, pero el sistema no tenía unidades de temperatura precisas.

Con Roemer, trabajaba Daniel Gabriel Fahrenheit, empezaron fabricando termómetros usando como líquido tanto alcohol como mercurio. El mercurio es ideal, pues tiene una respuesta muy lineal a los cambios de temperatura en un gran intervalo, pero la preocupación por la toxicidad hizo que se usara poco. Otros líquidos fueron desarrollados hasta hoy día para reemplazarlo. Los termómetros líquidos todavía son ampliamente usados, a pesar de que es importante controlar la profundidad hasta la que se sumerge el bulbo. El uso de una cápsula termométrica ayuda a garantizar una buena transferencia de calor.

El sensor de temperatura bimetálico fue inventado al final del siglo XIX. Este sensor utiliza la diferencia en la expansión de dos placas de metal unidas. Los cambios de temperatura crean una curva que puede ser usada para activar un termostato o un medidor similar a los que se usan en parrillas a gas. La precisión es baja, más o menos 2 grados, pero estos sensores de temperatura son baratos, y por lo tanto tienen muchas aplicaciones.
Galileo Galilei
Galileo Galilei
 
Santorio Santorio
Santorio Santorio
 
Placa del Túmulo de Daniel Gabriel Fahrenheit
Placa del Túmulo de Daniel Gabriel Fahrenheit

Efectos Termoeléctricos

A principio del siglo XIX, la electricidad era un área prometedora en investigación científica, y rápidamente los científicos descubrieron que los metales distintos entre sí con relación a la resistencia y conductividad podrían servir para la medición de temperatura. En 1821, Thomas Johann Seebeck descubrió que se creaba un el voltaje cuando las extremidades de metales distintos eran unidas y puestas a temperaturas diferentes. Peltier descubrió que este efecto termopar puede funcionar en el sentido contrario, y de esta forma, puede ser usado para enfriar.

En el mismo año, Humphrey Davey demostró cómo la resistividad eléctrica de un metal está relacionada con su temperatura. Cinco años después, Becquerel propuso el uso de un termopar platino-platino para la medición de la temperatura, pero fue sólo en 1829 que Leopoldo Nobili creó efectivamente el equipo.

El platino también es usado en el detector de temperatura de resistencia (RTD, en la sigla en inglés) inventado en 1932 por C.H. Meyers. Meyers midió la resistencia eléctrica de un pedazo de hilo de platino. En general, el RTD es considerado el tipo más preciso de sensor de temperatura. Aunque los RTDs que usan hilo son inherentemente frágiles e inadecuados para aplicaciones industriales. En los últimos años se han desarrollado RTD en película, que son menos precisos pero más robustos.

Al principio del siglo XX también se inventó los equipos de medición de temperatura por semiconductores. Estos responden a cambios de temperatura con buena precisión, pero hasta recientemente les faltaba linealidad.

Irradiación térmica

William Herschel
William Herschel
Samuel Langley
Samuel Langley
Los metales muy calientes y fundidos brillan, emitiendo calor y luz visible. Irradian calor a bajas temperaturas también, pero con longitud de onda mayor. El astrónomo inglés William Herschel fue el primero en reconocer, alrededor de 1800, que esa luz oscura o infrarroja causaba un calentamiento. Trabajando con su compatriota Melloni, Nobili encontró una manera de detectar esa energía irradiada conectando termopares en serie, formando una termopila.

Después, en 1878, surgió el bolómetro como equipo de medición de la temperatura. Inventado por el estadounidense Samuel Langley, el bolómetro dos placas de platino, una de las cuales era ennegrecida, en una disposición de puente de Wheatstone. El calentamiento por radiación infrarroja causaba una modificación mensurable en la resistencia.

Historia de las Escalas de Temperatura

Anders Celsius
Anders Celsius
Lord Kelvin
Lord Kelvin
Cuando Fahrenheit estaba haciendo termómetros, se dio cuenta de que necesitaba una escala de temperatura. Fahrenheit fijó el punto de congelación del agua salada a 30 grados y su punto de hervor 180 grados arriba. Posteriormente decidió que usaría agua pura, que se congela a una temperatura levemente mayor, llegándose a la congelación a 32°F y al hervor a 212°F.

Un cuarto de siglo después, Anders Celsius propuso la escala de 0 a 100, que hoy día lleva su nombre. Después, dándose cuenta de las ventajas de haber un punto fijo en el final de la escala de temperatura, William Thomson (posteriormente Lord Kelvin) propuso el uso del cero absoluto como punto de inicio del sistema de Celsius. Esto ocasionó la escala de temperatura Kelvin, usada actualmente en el ambiente científico.

Hoy día, las escalas de medición de temperatura están definidas en un documento titulado Escala Internacional de Temperatura 90, o ITS-90, en la sigla en inglés. Los lectores que deseen chequear o entender mejor sus unidades de medición deben obtener una copia.

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