¿Qué son los sensores de temperatura RTD?
Los RTD, o detectores de temperatura resistivos (RTD), son sensores de temperatura que contienen una resistencia que cambia su valor a medida que cambia la temperatura. El RTD más popular es el Pt100. Se han utilizado durante muchos años para medir la temperatura en procesos industriales y de laboratorio, y se han ganado una reputación por su precisión, repetibilidad y estabilidad.
La mayoría de los elementos RTD consisten en una longitud de alambre fino enrollado alrededor de un núcleo de cerámica o vidrio. El elemento suele ser bastante frágil, por lo que a menudo se coloca dentro de una sonda revestida para protegerlo. El elemento RTD está fabricado con un material puro cuya resistencia a diversas temperaturas ha sido documentada. El material tiene un cambio predecible en la resistencia a medida que cambia la temperatura; es este cambio predecible el que se utiliza para determinar la temperatura.
La sonda pt100 es uno de los sensores de temperatura más precisos. No solo proporciona una buena precisión, sino que también ofrece una excelente estabilidad y repetibilidad. La mayoría de los pt100 estándar de OMEGA cumplen con la norma DIN-IEC Clase B. Los Pt100 también son relativamente inmunes al ruido eléctrico y, por lo tanto, son muy adecuados para la medición de la temperatura en entornos industriales, especialmente alrededor de motores, generadores y otros equipos de alta tensión.
Existen dos estándares para los RTD Pt100: el estándar europeo, también conocido como estándar DIN o IEC (Tabla de temperatura frente a resistencia RTD) y el estándar estadounidense (Tabla de temperatura frente a resistencia RTD). La norma europea se considera el estándar mundial para los RTD de platino. Esta norma, DIN/IEC 60751 (o simplemente IEC751), requiere que el RTD tenga una resistencia eléctrica de 100,00 O a 0 °C y un coeficiente de temperatura de resistencia (TCR) de 0,00385 O/O/°C entre 0 y 100 °C. Hay dos tolerancias de resistencia especificadas en DIN/IEC751:
Clase A = ±(0,15 + 0,002*t) °C o 100,00 ±0,06 O a 0 ºC
Clase B = ±(0,3 + 0,005*t)°C o 100,00 ±0,12 O a 0 ºC
Las dos tolerancias de resistencia utilizadas en la industria son:
1/3 DIN = ±1/3* (0,3 + 0,005*t) °C o 100,00 ±0,10 O a 0 ºC
1/10 DIN = ±1 /10* (0,3 + 0,005*t)°C o 100,00 ±0,03 O a 0 ºC
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Learn más información sobre estas fórmulas aquí. Cuanto mayor sea la tolerancia del elemento, más se desviará el sensor de una curva generalizada y mayor será la variación entre sensores (intercambiabilidad).
Los detectores de temperatura resistivos (RTD) disponibles en la actualidad se pueden clasificar generalmente en dos tipos básicos de RTD, dependiendo de cómo esté construido su elemento sensor de temperatura. Un tipo de RTD contiene elementos de película delgada y el otro tipo de RTD contiene elementos bobinados. Cada tipo es más adecuado para su uso en determinados entornos y aplicaciones. La invención del termómetro de resistencia fue posible gracias al descubrimiento de que la conductividad de los metales disminuye de forma predecible al aumentar su temperatura. El primer termómetro de resistencia se fabricó en 1860 a partir de alambre de cobre aislado, una batería y un galvanómetro. Sin embargo, su inventor, C. W. Siemens, pronto descubrió que un elemento de platino proporcionaba lecturas más precisas en un rango de temperaturas mucho más amplio. El platino sigue siendo el material más utilizado en la medición de la temperatura con elementos sensores RTD en la actualidad.
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Debido a que cada elemento Pt100 del circuito que contiene el elemento sensor, incluidos los cables conductores, los conectores y el propio instrumento de medición, introducirá una resistencia adicional en el circuito.
La configuración del circuito determina la precisión con la que se puede calcular la resistencia del sensor y el grado de distorsión de la lectura de temperatura por la resistencia extraña del circuito. Dado que el cable conductor utilizado entre el elemento de resistencia y el instrumento de medición tiene resistencia propia, también debemos suministrar un medio para realizar la compensación de esta imprecisión.
Existen tres tipos de configuraciones de cables, de 2, 3 y 4 hilos, que se utilizan habitualmente en los circuitos de detección RTD. También es posible utilizar una configuración de 2 cables con un bucle de compensación.
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El RTD PT100, que es el sensor RTD más utilizado, está fabricado en platino (PT) y su valor de resistencia a 0 °C es de 100 O. Por el contrario, un sensor PT1000, también fabricado en platino, tiene un valor de resistencia de 1000 O a 0 °C.
Los RTD Pt100 y Pt1000 están disponibles en un rango de tolerancias similar y ambos pueden tener coeficientes de temperatura similares, dependiendo de la pureza del platino utilizado en el sensor. Al comparar el Pt100 con el Pt1000 en términos de resistencia, hay que tener en cuenta que las lecturas del valor de resistencia del Pt1000 serán diez veces superiores a las del Pt100 a la misma temperatura. Para la mayoría de las aplicaciones, el Pt100 y el Pt1000 pueden utilizarse indistintamente, dependiendo del instrumento utilizado. En algunos casos, el Pt1000 funcionará mejor y será más preciso.
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El mismo año en que Seebeck hizo su descubrimiento sobre la termoelectricidad, Sir Humphrey Davy anunció que la resistividad de los metales mostraba una marcada dependencia de la temperatura. Cincuenta años más tarde, Sir William Siemens propuso el uso del platino como elemento en un termómetro de resistencia. Su elección resultó muy acertada, ya que el platino se utiliza hasta hoy como elemento principal en todos los termómetros de resistencia de alta precisión. De hecho, el detector de temperatura por resistencia de platino, o RTD Pt100, se utiliza hoy en día como estándar de interpolación desde el punto de oxígeno (-182,96 °C) hasta el punto de antimonio (630,74 °C).
El platino es especialmente adecuado para este fin, ya que puede soportar altas temperaturas manteniendo una excelente estabilidad. Al ser un metal noble, muestra una susceptibilidad limitada a la contaminación.
La construcción clásica del detector de temperatura por resistencia (RTD) utilizando platino fue propuesta por C.H. Meyers en 1932. Enrolló una bobina helicoidal de platino en una red de mica cruzada y realizó el montaje del conjunto dentro de un tubo de vidrio. Esta construcción minimizaba la tensión en el cable y maximizaba la resistencia.
Construcción del RTD de Meyers Aunque esta construcción produce un elemento muy estable, el contacto térmico entre el platino y el punto medido es bastante deficiente. Esto da lugar a un tiempo de respuesta térmica lento. La fragilidad de la estructura limita su uso actual principalmente al de un estándar de laboratorio.
De este modo, se minimizan los cambios de resistencia inducidos por la tensión a lo largo del tiempo y la temperatura, y la jaula de pájaros se convierte en el estándar de laboratorio definitivo. Debido a la estructura sin soporte y a la consiguiente susceptibilidad a las vibraciones, esta configuración sigue siendo un poco demasiado frágil para entornos industriales.
Una técnica de construcción más resistente es un bobinado bifilar sobre una bobina de vidrio o cerámica. El bobinado bifilar reduce el área efectiva encerrada de la bobina para minimizar la captación magnética y el ruido relacionado. Una vez que el cable se enrolla en la bobina, el conjunto se sella con una capa de vidrio fundido. El proceso de sellado garantiza que el RTD mantenga su integridad bajo vibraciones extremas, pero también limita la expansión del metal de platino a altas temperaturas. A menos que los coeficientes de expansión del platino y la bobina coincidan perfectamente, se ejercerá tensión sobre el cable a medida que cambie la temperatura, lo que provocará un cambio de resistencia inducido por la tensión. Esto puede dar lugar a un cambio permanente en la resistencia del cable.
Existen versiones parcialmente soportadas del RTD que ofrecen un compromiso entre el enfoque de jaula de pájaros y la hélice sellada. Uno de estos enfoques utiliza una hélice de platino enroscada a través de un cilindro de cerámica y fijada mediante frita de vidrio. Estos dispositivos mantendrán una excelente estabilidad en aplicaciones con vibraciones moderadamente intensas.
RTD vs Thermocouple or Thermistor Each type of temperature sensor has a particular set of conditions for which it is best suited. RTDs offer several advantages:
- Un amplio rango de temperatura (aproximadamente de -200 a 850 °C)/li>
- Buena precisión (mejor que los termopares)/li>
- Buena intercambiabilidad/li>
- Estabilidad a largo plazo
Con un rango de temperatura de hasta 850 °C, los RTD se pueden utilizar en todos los procesos industriales, excepto en los de temperatura más alta. Cuando se fabrican con metales como el platino, son muy estables y no se ven afectados por la corrosión ni la oxidación. También se han utilizado otros materiales para los RTD, como el níquel, el cobre y la aleación de níquel y hierro. Sin embargo, estos materiales no se utilizan habitualmente, ya que tienen una capacidad de temperatura baja y no son tan estables ni repetibles como el platino.
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Tanto los termistores como los detectores de temperatura resistivos (RTD) son tipos de resistencias cuyos valores varían de forma predecible con los cambios de temperatura. La mayoría de los RTD consisten en un elemento fabricado con un metal puro (el platino es el más utilizado) y protegido dentro de una sonda o funda, o incrustado en un sustrato cerámico.
Los termistores están fabricados con materiales compuestos, normalmente óxidos metálicos como manganeso, níquel o cobre, junto con agentes aglutinantes y estabilizadores.
En los últimos años, los termistores se han vuelto cada vez más populares debido a las mejoras en los medidores y controladores. Los medidores actuales son lo suficientemente flexibles como para permitir a los usuarios realizar la configuración de un amplio rango de termistores e intercambiar las sondas fácilmente.
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