Diseño de Circuito Sensor de Calor Fiable: Funcionamiento Explicado y Guía Paso a Paso

Al igual que tú percibes calor y subida de temperatura, los dispositivos electrónicos pueden hacer lo mismo. A diferencia de tu cuerpo que usa procesos biológicos, los dispositivos electrónicos usan sensores de temperatura, con amplios usos. Si eres entusiasta eléctrico sediento de conocimiento sobre circuitos sensores de calor, esto es para ti.

1. ¿Qué es un Circuito Sensor de Calor?

El circuito sensor de temperatura existe dentro del sensor de calor. Notifica cuando la temperatura aumenta y supera un valor particular mediante LED intermitente o zumbador. Funciona como dispositivo de alarma, ej. en alarma detectora de humo.

Un detector de temperatura por resistencia (RTD) o termopar usa señal eléctrica para lecturas de temperatura en centígrados.

Los circuitos sensores de temperatura están en todas partes en el mundo digital actual: computadoras, electrodomésticos de cocina high-tech. Son necesarios ya que el calor excesivo puede dañar componentes costosos. También vitales para mejorar sistemas de seguridad.

2. ¿Cómo Funciona un Circuito Sensor de Calor?

Un circuito sensor simple típicamente sirve para detectar calor ambiental. Su funcionamiento depende del voltaje de salida a través del diodo: cambio de temperatura es directamente proporcional a la resistencia del diodo. Mayor temperatura, mayor resistencia, y viceversa.

Puedes ajustar nivel umbral usando resistencia variable.

El diagrama representa circuito sensor básico usando termistor NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo). El NTC reduce valor resistencia al subir temperatura.

Componentes del circuito:

1. Termistor NTC 2.2KΩ
2. Resistencia variable 10KΩ
3. Transistor BC547 (NPN)
4. Zumbador 9V
5. Capacitor 1µF/16V
6. Batería 9V

El transistor BC547 enciende zumbador cuando calor supera rango establecido y apaga al bajar. Base del transistor polarizada por batería con termistor y resistencia variable. Zumbador conectado a salida transistor. Interruptor enciende circuito.

3. Tipos y Aplicación del Sensor de Calor

Dos categorías según operación:

1. Detectores de calor por velocidad de subida
2. Detectores de calor temperatura fija

I. Detectores temperatura fija

Usan dos termopares sensibles al calor: uno monitoriza transferencia calor por convección/radiación, otro calor ambiente. Funcionan independientemente de temperatura inicial, subida 12-15°F/min. Si se puede determinar valor umbral, operan en condiciones incendio baja temperatura.

II. Detectores velocidad de subida

No responden a bajas tasas liberación calor que inician fuego deliberadamente. Detectan incendios de desarrollo lento por elemento temperatura fija que reacciona al umbral 136.4°F (58°C).

Varios tipos sensores temperatura según características. Sensor detecta calor de sistema permitiendo sentir cambio físico por señal digital/analógica. Tipos básicos:

• Sensores contacto: necesitan contacto físico con objeto para detectar líquido, sólido, gas en amplio rango por conducción.
• Sensores sin contacto: detectan cambio temperatura por radiación/convección. Usan radiación infrarroja para ver gas/líquido que radia.

4. ¿Cómo Construir un Circuito Sensor Primario?

Puedes construir sensor efectivo con materiales accesibles.

Primer paso: conseguir piezas

• Transistor BC547
• Diodo 1N4148
• Resistencias (IEC)
• Transistor NPN
• Batería 9V
• LEDs
• Potenciómetro (IEC)

Necesitarás diseño circuito detección temperatura para ubicar componentes.

Transistor BC547 funciona como sensor calor. Al aumentar temperatura unión p-n, transistor comienza conducción parcial.

Diodo 1N4148 y resistencia variable 1kΩ fijan umbral sensibilidad calor. Girar perilla ajusta sensibilidad.

Al superar temperatura umbral, corriente colector aumenta, LED comienza iluminación gradual.

Ajustar resistencia variable antes de probar. Girar perilla totalmente una dirección apaga LED, dirección opuesta enciende. Poner potenciómetro donde ligera rotación inicie iluminación.

Fórmula dependencia temperatura uniones p-n en transistor:

T = temperatura en kelvins, T₀ = temperatura referencia, VG₀ = voltaje banda prohibida cero absoluto, VBE₀ = voltaje unión temperatura T₀ y corriente IC₀, k = constante Boltzmann, q = carga electrón, n = constante dependiente dispositivo.

Voltaje unión función de densidad corriente. Obtenemos salida voltaje similar operando dos uniones misma corriente.

Voltaje Base-Emisor (VBE) cae ~-2.5 mV/°C. Caída voltaje entre B y E.

Si cortocircuitamos base, transistor NPN cortocircuita (2) y colector (1), actuando como diodo. Entonces 2 y 1 = terminal positivo, 3 = negativo.

Manteniendo fuente voltaje, voltaje función temperatura a través transistor.

Transistor BC547 temperatura operación hasta 150°C, funcionando alta temperatura como sensor calor. Ayuda fabricar alarmas incendios efectivas.

5. Ventajas Sensor Temperatura

• Respuesta instantánea
• Más preciso
• No afecta medio
• Fácil condicionar salida

6. Conclusión

Esperamos que ahora sepas hacer circuitos integrados sensores calor simples. Puedes modificar/añadir componentes a tu diseño. Preguntas o comentarios, contáctanos.