Pantalla de temperatura autónoma en un entorno de temperatura muy alta

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Quiero construir un sensor de temperatura + pantalla que funcione en un entorno de alta temperatura (habitualmente 120 ° C, pero con un pico periódico a 175 ° C, y podría estar expuesto a 350 ° C, donde sería necesario sobrevivir por mucho tiempo, es decir, podría fallar después de un corto tiempo) que también funcionaría a temperaturas más bajas (por ejemplo, 15C). Se puede hacer? ¿Cómo? Desafíos / Preguntas: 1) ¿Hay una manera de generar energía a partir del calor que impulsaría la electrónica? 2) ¿Hay una batería que pueda sobrevivir al calor? 3) ¿Hay alguna manera de mantener la electrónica lo suficientemente fría para funcionar?

O: ¿Existe otra forma (no electrónica) de mostrar la temperatura donde se encuentran el sensor y la pantalla mientras se encuentra en un entorno de alta temperatura (obviamente no es una pregunta de EE ... pero abierta a la idea)?

    
pregunta SchroedingersCat

2 respuestas

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Inómetro termómetro sin contacto dentro del traje; El sensor detrás de la placa frontal se enfoca en un objeto fijo montado justo fuera de la placa frontal. La transmitancia IR del material de la placa frontal será un factor. Esto abordaría las preguntas 2, 3 y & (el no numerado) 4: mantener la batería y los componentes electrónicos cómodos y sin penetrar en el traje.

Cualquier pantalla visual dentro del casco tendrá que lidiar con el espacio limitado frente al rango de enfoque normal del ojo, cuyo extremo cercano empeora a medida que envejecemos. Necesitaría algunas ópticas y crearía una pantalla de "mano a mano" si el bombero necesita informes visuales de precisión; de lo contrario, los LED codificados con códigos de color y / o parpadeo podrían funcionar (¿tiene que superar la luz ambiental alta?). La pantalla audible podría funcionar (¿entorno ruidoso?). Una alarma audible estaría bien conectada por la ubicación en el casco.

    
respondido por el JRobert
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¿Hay alguna forma de generar energía del calor que pueda impulsar la electrónica?

Es físicamente imposible generar energía desde una única fuente térmica a una temperatura dada. Esta es una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica .

Para generar energía necesita (al menos) dos sistemas a diferentes temperaturas. Dado el escenario que describiste, el sistema de temperatura más alta sería el "ambiente", por lo que necesitas un sistema accesible a una temperatura más baja. Ese sería el traje o algún otro contenedor con aislamiento térmico que el bombero llevaría con él. Pero a medida que se genera la energía, el sistema "más frío" aumentaría la temperatura, por lo que es discutible por cuánto tiempo un generador de energía permanecería operativo. De hecho, la potencia que podría generar disminuiría a medida que disminuya la diferencia de temperatura entre los dos sistemas. Todo depende de la temperatura inicial del sistema "más frío", su capacidad térmica y la cantidad de energía que genere.

Además, el sistema "más frío" debería estar fuertemente aislado térmicamente del ambiente, de lo contrario, podría calentarse mucho más rápido, reduciendo su duración efectiva como la "fuente fría" para el generador de energía.

Relacionado con sus otras preguntas este artículo sobre electrónica para altas temperaturas podría ser interesante para ti.

Y aquí hay un tutorial sobre electrónica a temperaturas extremas .

Particularmente interesante es esta sección del tutorial citado:

  

6) ¿Por qué no usar electrónica convencional y mantenerla dentro de su rango de temperatura de operación?

     

La electrónica de rango de temperatura convencional se puede utilizar en un entorno de temperatura extrema mediante aislamiento y calefacción (para entornos de baja temperatura) o refrigeración (para entornos de alta temperatura). Esto se puede combinar con sumideros térmicos o fuentes térmicas. Por ejemplo, la electrónica de registro de pozos mencionada anteriormente se puede colocar en un dewar (recipiente con aislamiento al vacío) para protegerlo del ambiente caliente. Además, la electrónica puede conectarse térmicamente a un disipador térmico, un material que puede absorber una gran cantidad de calor sin un aumento sustancial de la temperatura. Esto generalmente se hace empleando el cambio de fase del material de sólido a líquido, que absorbe una gran cantidad de calor (el calor latente de fusión). Para temperaturas bajas, se puede usar el efecto opuesto para proporcionar una fuente térmica. El mismo material puede servir como sumidero térmico para altas temperaturas o como fuente térmica para bajas temperaturas, y puede ser tan básico como hielo / agua o menos familiar, como una aleación de bismuto.

     

Nota: los términos disipador térmico y fuente térmica se usan aquí, pero los términos disipador térmico y fuente de calor también se usan.

     

Sin embargo, en muchas situaciones, las técnicas descritas anteriormente serían indeseables o poco prácticas. Hay compensaciones: las técnicas pasivas pueden tener una vida útil limitada que es insuficiente para la aplicación. Las técnicas activas requieren potencia y subsistemas adicionales. Para algunas aplicaciones, las técnicas activas pueden ser demasiado perturbadoras para el medio ambiente debido al calor adicional que se debe descargar. Todas las técnicas añaden peso, volumen y cierto grado de complejidad. Estas cargas pueden ser menos aceptables o menos prácticas en comparación con el uso de componentes electrónicos especiales que pueden soportar la temperatura del ambiente. Por lo tanto, operar la electrónica más allá de los límites normales es una opción que vale la pena considerar.

Por otra parte, este artículo parece mayormente relevante y describe un "bombero mejorado electrónicamente traje y su resumen recita:

  

Este artículo presenta un sistema diseñado para controlar la temperatura en un textronic   traje de bombero El sistema consiste en un conjunto de sensores colocados en el traje, una conexión inalámbrica que envía los datos a la computadora principal y un sistema de visualización. El artículo también se centra en el software que permite monitorear los parámetros de 30 bomberos. El material presentado ilustra los problemas contemporáneos que ocurren en el punto de encuentro de tres áreas de conocimiento: ingeniería textil, electrónica e informática.

    
respondido por el Lorenzo Donati

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