La criogenia es la rama de la física que se ocupa de la producción y los efectos de temperaturas muy bajas. Los sensores de temperatura criogénicos se han desarrollado basándose en una variedad de propiedades dependientes de la temperatura. Los sensores comunes disponibles en el mercado incluyen resistencias, condensadores, termopares y dispositivos de unión de semiconductores, como diodos o transistores.
Los sensores de grado primario son muy sensibles a los choques térmicos y mecánicos y, por lo tanto, no son adecuados para mediciones de temperatura industriales o de laboratorio comunes. Otras técnicas de medición de temperatura, como la termometría de gas, presión de vapor, acústica, ruido y susceptibilidad magnética, requieren un esfuerzo mucho mayor para su implementación o limitan severamente el diseño del sistema.
Criterios de selección de sensores de temperatura
Rango de temperatura
Es fundamental conocer el rango de temperatura de la aplicación. Los rangos de temperatura extremos, demasiado bajos o altos, pueden dañar la mayoría de los sensores. La sensibilidad del sensor también depende de la temperatura y puede limitar el rango útil de un sensor. Se deben considerar diferentes sensores para diferentes aplicaciones de temperatura. Una aplicación de sensor para la temperatura del helio líquido con una sensibilidad muy alta y una buena resolución puede no requerir el mismo sensor para una aplicación a temperatura ambiente. La instrumentación a la que está conectado el sensor es muy importante. Los rangos y resoluciones de los instrumentos pueden estar limitados dependiendo del rango de temperatura.
Sensibilidad del sensor
La sensibilidad del sensor de temperatura mide cuánto cambia la señal del sensor cuando cambia la temperatura. Los diferentes sensores tienen diferentes sensibilidades a diferentes temperaturas. Los sensores de platino tienen una buena sensibilidad a temperaturas más altas, pero caen por debajo de los 30 Kelvin. La sensibilidad del sensor de tipo diodo de silicona es mejor a aproximadamente 1,4 a 475 Kelvin.
Condiciones ambientales
Factores ambientales como el alto vacío, los campos magnéticos, los productos químicos corrosivos o incluso la radiación pueden limitar la eficacia de algunos sensores. Los experimentos con campos magnéticos son muy comunes. La dependencia del campo es un criterio de selección importante para los sensores de temperatura utilizados en estas aplicaciones.
Precisión de la medición
A la hora de examinar la precisión de un sistema, hay que tener en cuenta tanto la precisión del sensor como la del instrumento. La precisión de los sensores varía con el tiempo. Los ciclos térmicos provocan cambios en los sensores. Lo mejor es seleccionar un sensor para un rango de temperaturas específico. Es recomendable calibrar el sensor y el instrumento.
Ubicación del sensor
Si el sensor y el entorno de aplicación están a la misma temperatura, la posición del sensor es menos problemática. Desafortunadamente, este no es el caso en muchas aplicaciones. En la mayoría de las aplicaciones existen gradientes de temperatura. Colocar el sensor cerca de la muestra ayuda a evitar el flujo de calor entre el sensor y la muestra.
Elija el instrumento de medición de temperatura adecuado para su aplicación
Sensores criogénicos de silicio
Los sensores de la Serie CY7 de Omega representan la primera tecnología de sensores criogénicos verdaderamente nueva introducida en la última década. Los sensores incorporan elementos sensores uniformes que muestran una respuesta de temperatura precisa, repetible y monótona en un amplio rango. Los elementos están montados en paquetes resistentes y herméticamente sellados que han sido diseñados específicamente para funcionar correctamente en un entorno criogénico. El resultado es una familia de sensores con respuestas de temperatura tan predecibles, agrupadas y estables que los sensores se pueden intercambiar entre sí de forma rutinaria.
Sensores de resistencia de platino
Sensores ideales para el rango de temperatura de 14 a 873 K. Estos sensores RTD de platino de 100 OHM funcionan bien a altas temperaturas y proporcionan una sensibilidad excelente.
Controladores de temperatura criogénica
Los controladores de temperatura criogénica de la serie CYC321 ofrecen una solución sencilla y económica para las necesidades básicas de control de baja temperatura. Incorporan un menú desplegable para que la configuración se pueda realizar fácilmente desde el teclado frontal. Hay tres modelos disponibles para adaptarse a entradas de diodo de silicona, RTD o termopar. El operador también puede introducir una curva definida por el usuario, para un sensor personalizado. Esta curva puede tener hasta 97 puntos más dos puntos finales. Los valores de la curva se introducen a través de la interfaz RS-232 estándar.
Monitores de temperatura criogénica
El monitor de temperatura criogénica proporciona la precisión y resolución necesarias para este rango de medición de temperatura. Con los sensores adecuados, los monitores criogénicos miden temperaturas de 1,4 a 800 K y en condiciones de detección difíciles, incluyendo alto vacío y campos magnéticos.
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