CIRCUITO PROBADO

Febrero de 2008

Actualmente el uso de termómetros electrónicos está muy extendido, hasta el punto de que es poco frecuente ver algún otro tipo de termómetro, como por ejemplo de los de columna de mercurio o de alcohol, los que aún no hace muchos años eran muy utilizados en las casas y locales para la medida de la temperatura.
A esto han contribuido varias ventajas que los termómetros electrónicos presentan frente a otros tipos de dispositivos para la medida de la temperatura, entre las que se encuentran una mayor robustez y resistencia a golpes y roturas, buena precisión y exactitud en las medidas y comodidad en la lectura de los valores medidos, así como la posibilidad de utilizar la tensión eléctrica, que se obtiene a la salida de ellos, para controlar otros dispositivos electrónicos.
Los rangos de temperatura en los que es posible medir con estos dispositivos son muy amplios y se extienden desde casi el cero absoluto (-273ºC) hasta temperaturas de varios miles de grados, utilizando en cada caso la sonda o transductor adecuado y expandiendo la escala de medida según las necesidades concretas de cada caso, como por ejemplo en los termómetros para uso médico en los que el rango de medida se limita a valores entre 30 y 45 ºC aproximadamente.

Aquí se presenta el circuito de un termómetro pensado para trabajar en un rango de temperaturas de entre -20ºC y 120ºC aproximadamente, por lo que cubrirá ampliamente lo que suelen ser las temperaturas presentes en nuestro entorno, sea en el interior de locales o edificios o incluso en el exterior de los mismos y por ello a este tipo de termómetros se les suele conocer como ambientales.
El dispositivo está pensado para poder funcionar de forma portátil, por lo que deberá ir provisto de una pila o batería recargable y el esquema es el que se presenta en la figura siguiente:

Como sonda de temperatura se utiliza un transistor npn, del tipo BC107, cuyo diodo base-emisor se polariza desde la fuente de tensión estabilizada de +5v, a través de la resistencia de 1k, R1, para que de esta forma el diodo esté en conducción presentando una caida de tensión entre base y emisor de 0.7v aproximadamente, tensión que dependerá de la temperatura con una variación lineal de unos -2 mv por cada grado centígrado que aumente la temperatura ya que se trata de un transistor de silicio.
Hacemos uso de esta dependencia con la temperatura que presenta la tensión base-emisor, para obtener a la salida del circuito una tensión que sea proporcional a dicha temperatura y que pueda ser visualizada en un galvanómetro o un presentador de otro tipo, y se usa el transistor BC107 y no un diodo porque su carcasa metálica hace que tenga una menor inercia térmica y sea más robusto frente a golpes y otros agentes externos.

La forma en que se consigue esto es llevando a las entradas de un amplificador de instrumentación, realizado con tres de los cuatro amplificadores operacionales incluidos en el circuito integrado LF347, por una parte la caída de tensión presente en la unión base-emisor, y por otra una tensión ajustable, obtenida del punto medio de la resistencia variable R3.
Esta resistencia servirá para ajustar el cero de temperatura y la resistencia variable R2 permitirá elegir la ganancia del amplificador, que es variable y así se puede ajustar la tensión de salida dependiendo de la sensibilidad del dispositivo que se use como lector y del rango de temperatura que se elija.
Si se utiliza como lector, por ejemplo, un miliamperímetro de 0,5 mA de fondo de escala y 500 ohmios de resistencia interna, la tensión necesaria para obtener el fondo de escala sería de 250 mv por lo que si se escoge el fondo de escala en 100º y el cero en 0º, habrá que ajustar la ganancia del amplificador para obtener los 250 mv a partir de los 200 mv que corresponderían a la variación de 0 a 100 º y se tendrá que ajustar la resistencia R3 para obtener 0 v a la salida cuando la temperatura sea 0º.
Si se quiere ampliar o reducir la escala de medida se deberán modificar las posiciones de las resistencias variables para que las tensiones de salida se ajusten a la nueva escala de lectura y también podríamos limitar la corriente de salida poniendo una resistencia en serie entre ésta y la entrada del galvanómetro.

El circuito del termómetro se alimenta a partir de una pila o batería de 9v de la que se obtienen los 5v necesarios a través de un estabilizador formado por el diodo zener D1, la resistencia R11 y el transistor Q1, aunque este montaje se podría remplazar, si se desea mejorar la estabilización, por un circuito integrado regulador de tensión del tipo LM7805.
Para obtener una sonda de temperatura resistente a los agentes externos, tales como humedad, polvo y suciedad, golpes y otros, se embute el transistor con silicona dentro de un trozo de funda de cable, teniendo cuidado de aislar bien los terminales, que se conectan al circuito con un cable coaxial para evitar interferencias electromagnéticas, y de que la masa total del conjunto no sea muy grande porque ello afectaría negativamente a la rapidez de respuesta del termómetro frente a los cambios de temperatura.
Para la calibración del termómetro, en la escala elegida, se puede utilizar agua con hielo para el 0º y agua hirviendo para los 100 º, teniendo en cuenta en este último caso que la temperatura a la que hierve el agua depende de la presión atmosférica y por lo tanto de la altitud a la que nos encontremos, descendiendo en 3º aproximadamente por cada 1000 metros de altitud, por lo que si nos encontramos por ejemplo a 500 m de altura la temperatura que deberá marcar nuestro termómetro, con la sonda introducida en agua hirviendo, será 98.5 º.

Para hacer el montaje realizaremos un pequeño circuito impreso, utilizando para ello una placa de fibra de vidrio recubierta de cobre por una de sus caras y podemos incluir el conjunto de presentador, placa de circuito impreso y un mini-interruptor de palanca para el encendido y apagado, que irá conectado entre la salida de tensión de la pila y el circuito estabilizador, en una pequeña caja.
Montaremos los componentes en el circuito impreso, siempre teniendo cuidado de respetar las polaridades y las conexiones de diodos, transistores y circuito integrado de acuerdo con lo especificado en la descripción de sus encapsulados.
Se montará la sonda que puede conectarse al circuito de forma fija o a través de un conector enchufable que permita ponerla y quitarla según convenga, y se procederá a la calibración de la escala de lectura del termómetro.