ES2197671T3 - Dispositivo para la medicion de la temperatura percibida. - Google Patents

Dispositivo para la medicion de la temperatura percibida.

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Abstract

Dispositivo para la medición de la temperatura percibida de un gas, particularmente de aire, que depende al menos de la velocidad de circulación y de la humedad del gas, con - una carcasa (4) que dispone de una pared (6) que presenta un material con conductibilidad térmica y conductividad eléctrica, que separa esencialmente el interior (4c) de la carcasa (4) del entorno exterior, - un termopar (14) dispuesto en el interior de la carcasa (4), - y un dispositivo calefactor (10) dispuesto en el interior de la carcasa (4), caracterizado porque - el extremo (16a) de uno de los hilos (16) del termopar (14) se encuentra en contacto con la cara interior de la pared (6) de la carcasa en un primer punto, y el extremo (18a) del otro hilo (18) del termopar (14) se encuentra en contacto con la cara interior de la pared (6) de la carcasa en un segundo punto separado del primer punto, y el termopar (14) forma un valor medio a partir de los valores de temperatura medidos en ambos puntos.

Description

Dispositivo para la medición de la temperatura percibida de un gas.
La invención trata de un dispositivo para la medición de la temperatura percibida de un gas, particularmente de aire, que depende al menos de la velocidad de circulación y de la humedad del gas, con una carcasa que dispone de una pared que presenta un material con conductibilidad térmica y conductividad eléctrica, que separa esencialmente el interior de la carcasa del entorno exterior, un termopar dispuesto en el interior de la carcasa y un dispositivo calefactor dispuesto en el interior de la carcasa.
Es sabido de una forma general, que la temperatura medida objetivamente de un gas o de una mezcla de gases, como, particularmente, aire, no siempre coincide con la temperatura ``percibida'' de forma subjetiva. Factores tales como la velocidad del gas o la fuerza del viento y la humedad influyen en la percepción subjetiva de la temperatura.
El documento EP-A-0214294 describe un dispositivo para la medición de la temperatura percibida que se compone de una carcasa esférica de un material eléctricamente conductor y térmicamente conductor. En el interior de la carcasa está previsto un dispositivo calefactor que se mantiene a la temperatura del cuerpo humano aproximadamente. En la pared interior de la carcasa está previsto un sensor de temperatura en forma de termopar, que mide la temperatura de la pared de la carcasa, que también se ve afectada por la velocidad del viento y por la humedad del aire en el entorno.
En este dispositivo conocido, la temperatura sólo se mide en un punto de la pared de la carcasa, por lo que se pueden producir errores singulares en la medición de la temperatura.
Por ello, la invención tiene el objetivo de dotar de una medición fiable de la temperatura a un dispositivo del tipo mencionado en la introducción.
Este objetivo se resuelve en un dispositivo del tipo mencionado en la introducción, haciendo que el extremo de uno de los hilos del termopar se encuentre en contacto con la cara interior de la pared de la carcasa en un primer punto, y que el extremo del otro hilo del termopar se encuentre en contacto con la cara interior de la pared de la carcasa en un segundo punto separado del primer punto, y que el termopar forme un valor medio a partir de los valores de temperatura medidos en ambos puntos.
Por otro lado, la invención ofrece una configuración sencilla y, que permite, por lo tanto, la reducción de costes, de tal forma que la utilización del dispositivo de acuerdo con la invención ofrece ventajas particularmente en aplicaciones críticas desde el punto de vista económico.
La disposición de acuerdo con la invención trabaja como sigue. El dispositivo calefactor calienta el interior de la carcasa, de tal forma que en el termopar dispuesto en el interior de la carcasa se establece una temperatura determinada. Suponiendo una diferencia de temperatura con respecto a la temperatura ambiente generada por el dispositivo calefactor y sustancialmente constante, la temperatura medida en el termopar es tanto mayor cuanto mayor es la temperatura ambiente en el exterior de la carcasa, y tanto menor, cuanto menor es la temperatura ambiente. La pared de la carcasa se enfría en función de la velocidad del viento del gas o aire que rodea a la carcasa, puesto que el aire extrae mayor o menor cantidad de energía del interior de la carcasa, y por lo tanto calor, en función de su velocidad a través de la pared de la carcasa conformada como térmicamente conductora. Del mismo modo, la humedad del entorno influye sobre la temperatura en el interior de la carcasa. Puesto que la humedad precipitada sobre la cara exterior de la pared de la carcasa se tiende a evaporar, se requiere una energía de evaporación que se extrae del interior de la carcasa a través de la pared de carcasa térmicamente conductora. Ambos efectos, que pueden aparecer de forma conjunta, provocan una reducción del calor medido por el termopar en el interior de la carcasa, de tal forma que el termopar se ve directamente sometido a estas influencias, y entrega de este modo un valor de temperatura que se corresponde sustancialmente con la temperatura ``percibida'' y que, en su caso, se puede procesar correspondientemente mediante un dispositivo de evaluación conectado a continuación. De este modo es posible adquirir al mismo tiempo que la temperatura, al menos los parámetros más importantes que influyen sobre la misma, como la velocidad del viento y la humedad, y generar para la temperatura ``percibida'' una única señal relevante, que se puede procesar y presentar en un dispositivo de evaluación conectado a continuación.
La cara exterior de la pared de la carcasa está recubierta preferentemente en su mayor parte por una capa hidrófila de un material con capacidad de absorción de la humedad, para poder guardar de una forma más eficaz la humedad precipitada sobre la cara exterior de la pared de la carcasa. Precisamente esta forma de realización se basó en la idea de reproducir de la mejor forma posible y con medios sencillos la piel humana mediante la pared de la carcasa, en lo que se refiere a la sensibilidad a la temperatura y a los parámetros que influyen sobre ésta como, particularmente, la humedad. La capa hidrófila debería consistir en una materia textil, particularmente un tejido de fieltro, para poder absorber un grado adecuado de humedad para la medición. Para ello se debería elegir el tejido convenientemente de tal forma que reproduzca la piel humana en lo que respecta a sus características de absorción de calor y de humedad.
Puesto que mediante el dispositivo de acuerdo con la invención se pretende, al menos entre otros aspectos, la medición de la temperatura percibida en la piel humana, el dispositivo calefactor podría radiar, por ejemplo, calor cuya temperatura se correspondiese aproximadamente con la temperatura media del cuerpo humano. De este modo, se podría controlar o ajustar convenientemente el dispositivo calefactor de tal forma que en base al calor generado en el interior de la carcasa por el dispositivo calefactor, el sensor de temperatura mida una temperatura que se corresponda aproximadamente con la temperatura media del cuerpo humano cuando, en un caso ideal no exista ninguna influencia debida a la temperatura ambiente existente en el exterior de la carcasa (se corresponde con el estado de un aislamiento ideal de la carcasa con respecto al entorno) ni tampoco ninguna influencia debida a la velocidad (fuerza del viento) y humedad del gas, particularmente aire, que rodea a la carcasa (es decir, velocidad = 0 y humedad = 0). De este modo, un valor de temperatura de este tipo representa un valor de referencia que indica el estado ideal completamente neutral con respecto al entorno del dispositivo de medida de acuerdo con la invención, que permite prácticamente obtener los parámetros que influyen sobre la temperatura medida. No obstante, alternativamente también es imaginable ajustar el dispositivo calefactor a una situación tal en la que la temperatura (objetiva) medida se corresponda con la temperatura (subjetiva) percibida; para ello existen unos criterios establecidos que se deberán tener en cuenta. Por lo demás, en función del caso de aplicación deseado, se puede elegir naturalmente también otro valor de referencia diferente como valor para la temperatura media del cuerpo humano.
Para evitar un calentamiento puntual de la pared de la carcasa, y realizar una distribución térmica lo más uniforme posible en el interior de la carcasa, el dispositivo calefactor debería estar dispuesto a una distancia de separación de la pared de la carcasa.
La carcasa debería estar preferentemente rellena de un material de relleno, compuesto particularmente de una masa fundida. De este modo es posible mejorar o ajustar al caso de aplicación deseado las características de transferencia térmica o conductibilidad térmica en el interior de la carcasa, al elegir como material de relleno un material con las características de conductibilidad térmica deseadas.
La carcasa puede estar conformada como un tubo particularmente cilíndrico, para de este modo lograr por un lado una rigidez mecánica especialmente elevada, y por otro lado una relación especialmente ventajosa entre la superficie y el volumen del espacio interior.
El sensor de temperatura genera habitualmente señales y las entrega a un dispositivo de evaluación para su valoración y la presentación del valor de temperatura medido.
A continuación se describe más detalladamente un ejemplo preferente de realización en base a la única figura, en la que se representa de forma esquemática el dispositivo para la medición de la temperatura percibida en una realización preferida.
En la única figura adjunta se representa un dispositivo de medida 2 para la medición de la temperatura percibida en una realización especialmente preferida. El dispositivo de medida 2 mide de la forma descrita aún más detalladamente a continuación la temperatura percibida, genera unas señales eléctricas a partir de los valores medidos, y los transmite a una unida de evaluación 20.
El dispositivo de medida presenta una carcasa 4, que en la forma de realización representada está conformada longitudinalmente, que presenta una forma cilíndrica, es decir, está conformada como tubo, y dispuesta con uno de sus extremos 4a adyacente a la unidad de evaluación 20. Asimismo, en la realización representada, uno de los extremos 4a de la carcasa 4 está unido de forma fija con la carcasa de la unidad de evaluación 20, de tal forma que no se requieren líneas de conexión de gran longitud. El extremo 4b libre opuesto de la carcasa 4 tubular puede estar opcionalmente abierto o cerrado. Por supuesto, también se puede pensar en una forma diferente y en una disposición diferente de la carcasa 4.
La pared 6 de la carcasa 4 se compone de un material que presenta tanto unas buenas características de conducción del calor como unas buenas características de conducción de la electricidad. Este caso se da preferentemente cuando la pared 6 de la carcasa es de metal.
La superficie exterior de la pared 6 de la carcasa está recubierta por una capa exterior 8 hidrófila. Esta capa exterior 8 es habitualmente de un material textil, particularmente tejido de fieltro. En cualquier caso, la capa exterior 8 debería ser de un material cuya característica de absorción de la humedad se corresponda sustancialmente con la de la piel humana.
La carcasa 4 tubular encierra un espacio interior 4c, en el cual está dispuesto un elemento calefactor 10. En la realización representada, el elemento calefactor 10 se compone de un alambre de calefacción o de una resistencia de calefacción. No obstante, también se puede pensar en la utilización de un elemento calefactor de otro tipo. Sin embargo, el elemento calefactor debería funcionar ventajosamente por medios eléctricos, mediante la conexión a la unidad de evaluación 20 a través de unas líneas de conexión 12, la cual incluye un sistema de mando (no representado más detalladamente en la figura) para la excitación del elemento calefactor 10.
Asimismo, en el espacio interior 4c de la carcasa 4 está dispuesto un sensor de temperatura 14 conformado como termopar con dos hilos 16, 18 de materiales diferentes. Habitualmente, uno de los hilos 16 es de una aleación de níquel-cromo, y el otro hilo 18 de níquel. Los dos hilos 16, 18 conducen hasta la unidad de evaluación 20 para transmitir hasta allí las señales medidas.
A diferencia de los termopares tradicionales, ambos hilos 16, 18 no están unidos entre sí por sus extremos 16a, 18a libres para formar un único punto de medida, sino que se encuentran separados entre sí, cada uno de ellos situado a una distancia mutua de separación y en contacto con la superficie interior de la pared 6 de la carcasa, y además preferentemente en posiciones opuestas, tal y como se puede observar en la figura. Los dos extremos libres 16a, 18a están acoplados eléctricamente a través de la pared 6 de la carcasa eléctricamente conductora, con lo que se garantiza la capacidad de funcionamiento como termopar. Con todo ello, mediante esta disposición especial se realizan dos puntos de medida, como son un primer punto de medida en el punto de contacto del extremo libre 16a de uno de los hilos 16 con la pared 6 de la carcasa, y un segundo punto de medida en el punto de contacto, separado del primer punto de medida, del extremo libre 18a del otro hilo 18 con la pared 6 de la carcasa. Mediante la conexión eléctricamente conductora de los extremos libres 16a, 18a de ambos hilos 16, 18 entre sí a través de la pared 6 de la carcasa eléctricamente conductora, cuya resistencia óhmica es próxima a cero, el sensor de temperatura 14 conformado como termopar en la realización representada genera una señal eléctrica a partir de una caída de tensión entre ambos hilos 16, 18 que depende de la temperatura medida, que representa aproximadamente el valor medio de los valores de temperatura existentes en los dos puntos de medida. La señal así generada en los hilos 16, 18, indicativa del valor de temperatura medido, se transmite a la unidad de evaluación 20.
Asimismo, alternativamente también es imaginable prever más de dos puntos de medición de la temperatura, procediendo en este último caso también a la obtención de un valor medio.
La conductibilidad térmica en el espacio interior 4c de la carcasa 4 se aumenta en cualquier caso mediante un material de relleno no identificado en la figura, con el que se rellena el espacio interior 4c de la carcasa 4 en la realización descrita. Mediante una elección especial del material a emplear como material de relleno con una conductibilidad térmica específica, se pueden dar en el espacio interior 4c de la carcasa 4 las características de transferencia térmica deseadas. El material para el material de relleno se debería de elegir preferentemente de tal forma que las características de transferencia térmica del espacio interior 4c de la carcasa 4 se correspondan aproximadamente con las de la piel humana.
La unidad de evaluación 20 valora las señales del sensor de temperatura 14 y las representa, por ejemplo, sobre un dispositivo de representación (no representado en la figura).
A continuación se describe el modo de funcionamiento del dispositivo de medida 2.
El elemento calefactor 10 se excita mediante el sistema de mando incluido en la unidad de evaluación 20 y calienta el espacio interior 4c de la carcasa 4 o el material de relleno que se encuentra en su interior. De este modo se establece una determinada temperatura en los puntos de medida formados por los extremos libres 16a, 18a de ambos hilos 16, 18. Por ejemplo, se podría ajustar o regular el elemento calefactor 10 a la emisión de una determinada cantidad de calor tal que para el caso de que el dispositivo de medida 2 no se viese afectado por ninguna influencia exterior del entorno, como, particularmente, la temperatura, la velocidad del viento y la humedad, en los puntos de medida del sensor de temperatura se ajuste una temperatura tal que se corresponda aproximadamente con la temperatura del cuerpo humano. Por lo tanto, para un ajuste de este tipo del elemento calefactor se deberían obtener en su mayor parte los parámetros que influyen sobre la temperatura medida de una forma objetiva. Alternativamente también se puede pensar, naturalmente, en realizar el ajuste del elemento calefactor 10 cuando la temperatura medida de forma objetiva se corresponda con la temperatura percibida, para lo cual se deben de tener en cuenta o cumplir determinados criterios establecidos. Por supuesto, también se puede elegir como dimensión de referencia otro valor de temperatura diferente al del cuerpo humano.
Esta medida de la temperatura se ve ahora afectada por la temperatura del aire que rodea a la carcasa 4 del dispositivo de medida 2. De ello es responsable la buena conductibilidad térmica de la pared 6 de la carcasa. En consecuencia, la temperatura en los puntos de medida es tanto mayor cuanto más caliente es el aire del entorno, y tanto menor cuanto más frío es el aire del entorno. Si el aire está en movimiento, es decir, hay viento, el viento extrae más o menos calor del interior 4c de la carcasa 4 en función de la velocidad del viento, de tal forma que la velocidad del viento ejerce también una influencia sobre la temperatura medida en los puntos de medida.
La humedad del aire tiene una influencia similar. A este respecto entra en juego la capa exterior 8 hidrófila dispuesta sobre la superficie exterior de la pared 6 de la carcasa. Concretamente, esta capa exterior 8 hidrófila absorbe más o menos humedad en función de la humedad del entorno. De este modo aumenta la disipación de calor desde el interior 4c de la carcasa 4. Puesto que el aire húmedo provoca una mayor disipación de calor que el aire seco, la humedad ejerce también una influencia sobre la temperatura a medir.
Como resultado final, el sensor de temperatura 14 mide un valor de temperatura que no sólo depende de la temperatura exterior, sino también de la velocidad del viento y de la humedad del aire del entorno. Debido a la construcción anteriormente descrita, la medición de la temperatura así influenciada, consistente en la temperatura percibida, se realiza de una forma directa. La señal de salida del sensor de temperatura 14 representa por lo tanto directamente la temperatura percibida medida, que sólo necesita ser procesada correspondientemente y, por ejemplo, representada en la unidad de evaluación 20 conectada a continuación.

Claims (9)

1. Dispositivo para la medición de la temperatura percibida de un gas, particularmente de aire, que depende al menos de la velocidad de circulación y de la humedad del gas, con
- una carcasa (4) que dispone de una pared (6) que presenta un material con conductibilidad térmica y conductividad eléctrica, que separa esencialmente el interior (4c) de la carcasa (4) del entorno exterior,
- un termopar (14) dispuesto en el interior de la carcasa (4),
- y un dispositivo calefactor (10) dispuesto en el interior de la carcasa (4),
caracterizado porque
- el extremo (16a) de uno de los hilos (16) del termopar (14) se encuentra en contacto con la cara interior de la pared (6) de la carcasa en un primer punto, y el extremo (18a) del otro hilo (18) del termopar (14) se encuentra en contacto con la cara interior de la pared (6) de la carcasa en un segundo punto separado del primer punto, y el termopar (14) forma un valor medio a partir de los valores de temperatura medidos en ambos puntos.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la cara exterior de la pared (6) de la carcasa (4) está recubierta en su mayor parte por una capa (8) hidrófila de un material con capacidad de absorción de la humedad.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la capa (8) hidrófila es de un material textil, particularmente de un tejido de fieltro.
4. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el dispositivo calefactor (10) radia calor cuya temperatura se corresponde aproximadamente con la temperatura media del cuerpo humano.
5. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el dispositivo calefactor (10) está dispuesto a una distancia de separación de la pared (6) de la carcasa (4).
6. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el dispositivo calefactor (10) está dispuesto entre el primer y el segundo punto.
7. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la carcasa (4) está rellena de un material de relleno, compuesto particularmente de una masa fundida.
8. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la carcasa (4) está conformada como un tubo, particularmente cilíndrico.
9. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el sensor de temperatura (14) genera señales y las entrega a una unidad de evaluación (20) para la valoración de estas señales y presentación del valor de temperatura medido.
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