Tipo RTD
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 con 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. Los RTD disponibles en la actualidad se pueden clasificar generalmente en dos tipos básicos, dependiendo de cómo esté construido su elemento sensor de temperatura. Un tipo de RTD contiene elementos bobinados y el otro tipo de RTD contiene elementos de película delgada. Cada tipo es más adecuado para su uso en determinados entornos y aplicaciones.
RTD bobinados
En el tipo de RTD bobinado, el elemento sensor está compuesto por una pequeña bobina de alambre ultrafino (normalmente platino). Esta bobina de alambre puede estar encapsulada dentro de un tubo de cerámica o vidrio (la construcción más común) o el alambre puede estar bobinado alrededor del exterior de un material de cerámica o vidrio. Los elementos sensores RTD bobinados se pueden convertir fácilmente en sondas Pt100 mediante el montaje dentro de tubos o fundas metálicas. Esto los protege del entorno y aumenta su durabilidad. También se pueden instalar en carcasas personalizadas.Los RTD bobinados (especialmente los de bobina interna) son los más precisos. Los que tienen núcleos de vidrio se pueden sumergir fácilmente en muchos líquidos, mientras que los que tienen núcleos de cerámica se pueden utilizar para medir con precisión temperaturas extremadamente altas. Sin embargo, su fabricación es más cara que la de los tipos de película delgada, ya que requieren mano de obra cualificada e instalaciones de montaje avanzadas. También tienden a ser más sensibles a las vibraciones.
RTD de película delgada
Los elementos RTD de película delgada se fabrican depositando una capa muy fina de metal (normalmente platino) sobre un material de sustrato de cerámica. La película metálica se corta con láser o se graba en un patrón de circuito eléctrico que proporciona la cantidad de resistencia especificada.A continuación, se conectan los cables conductores y se aplica una fina capa protectora de vidrio a todo el elemento.
Este tipo de RTD es muy popular debido a su robustez, fiabilidad y bajo coste. Los elementos de película delgada son más resistentes a los daños causados por golpes o vibraciones que otros tipos de RTD. Su perfil plano permite una gran flexibilidad de diseño, lo que hace posible su uso en muchas aplicaciones industriales diferentes de control e instrumentación. También hay disponibles múltiples opciones de resistencia, tolerancia, tamaño y forma.
En este tipo de RTD, se deposita o se serigrafía una película de platino o de pasta de metal y vidrio sobre un pequeño sustrato cerámico plano, se graba con un sistema de recorte láser y se sella. El RTD de película ofrece una reducción sustancial del tiempo de montaje y tiene la ventaja adicional de una mayor resistencia para un tamaño determinado. Debido a la tecnología de fabricación, el tamaño del dispositivo es pequeño, lo que significa que puede responder rápidamente a cambios bruscos de temperatura. Los RTD de película son actualmente menos estables que sus homólogos fabricados a mano, pero están ganando popularidad debido a sus ventajas evidentes en cuanto a tamaño y coste de producción. Estas ventajas deberían impulsar la investigación futura necesaria para mejorar la estabilidad.
Material del elemento de resistencia
Hay varios metales que se utilizan habitualmente en los elementos de resistencia y la pureza del metal afecta a sus características. El platino es, con diferencia, el más popular debido a su linealidad con la temperatura. Otros materiales comunes son el níquel y el cobre, aunque estos están siendo sustituidos por elementos de platino.Metales
Todos los metales producen un cambio positivo en la resistencia cuando se produce un cambio positivo en la temperatura. Esta es, por supuesto, la función principal de un sensor RTD. Como veremos en breve, el error del sistema se minimiza cuando el valor nominal de la resistencia RTD es grande. Esto implica un cable metálico con una alta resistividad. Cuanto más baja sea la resistividad del metal, más material tendremos que utilizar. La siguiente tabla enumera las resistividades de los materiales comunes para un termómetro de resistencia.| METAL | RESISTIVIDAD | |
| Oro | Au | 13,00 |
| Plata | Ag | 8,8 |
| Cobre | Cu | 9,26 |
| Platino | Pt | 59,00 |
| Tungsteno | W | 30,00 |
| Níquel | Ni | 36,00 |
Detectores de temperatura resistivos de platino
El platino es el material más común utilizado para los elementos de resistencia en los RTD para aplicaciones industriales debido a su alta precisión, linealidad con la temperatura, estabilidad a largo plazo y excelente resistencia a la corrosión. Además, los RTD de platino son resistentes a la corrosión y la oxidación y pueden medir un amplio rango de temperaturas.Detectores de temperatura resistivos (RTD)
El níquel también se utiliza como elemento de resistencia para RTD en aplicaciones industriales. Los RTD de níquel tienen una buena resistencia a la corrosión y son menos costosos que los RTD de platino, pero el níquel envejece rápidamente y, con el tiempo, pierden su precisión.Detectores de temperatura de resistencia de cobre
El cobre es un material muy utilizado para los elementos de resistencia en los RTD para aplicaciones industriales debido a su excelente conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y bajo coste de producción. El cobre también tiene un amplio rango de temperaturas en el que puede proporcionar mediciones precisas, lo que lo hace ideal para una gran variedad de aplicaciones industriales. Sin embargo, el cobre también es susceptible a la oxidación y puede volverse frágil debido a la exposición a temperaturas extremas. Además, el cobre es un metal blando, lo que lo hace más susceptible al daño por vibraciones y tensiones mecánicas, lo que puede dar lugar a lecturas inexactas.Características del elemento de resistencia
Hay varios detalles muy importantes que deben especificarse para identificar correctamente las características del RTD: - Material del elemento resistivo (platino, níquel, etc.)
- Coeficiente de temperatura
- Resistencia nominal
- Rango de temperaturas de aplicación>
- Dimensiones físicas o restricciones de tamaño
- Precisión
Coeficiente de temperatura
El coeficiente de temperatura de un elemento es una propiedad física y eléctrica del material. Se trata de un término que describe el cambio medio de resistencia por unidad de temperatura desde el punto de congelación hasta el punto de ebullición del agua. Diferentes organizaciones han adoptado diferentes coeficientes de temperatura como estándar. En 1983, la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) adoptó la norma DIN (Instituto Alemán de Normalización) de platino 100 ohmios a 0 °C con un coeficiente de temperatura de 0,00385 ohmios por grado centígrado. Actualmente, esta es la norma aceptada por la industria en la mayoría de los países, aunque se utilizan ampliamente otras unidades.A continuación se ofrece una breve explicación de cómo se obtiene el coeficiente:
- Resistencia en el punto de ebullición (100 °C) = 138,50 ohmios Resistencia en el punto de congelación (0 °C) = 100,00 ohmios Dividir la diferencia (38,5) entre 100 grados y, a continuación, dividir entre el valor nominal de 100 ohmios del elemento. El resultado es el coeficiente de temperatura promedio (alfa) de 0,00385 ohmios por ohmio oC.
- Pt TC = 0,003902 (Estándar industrial estadounidense)
- Pt TC = 0,003920 (antiguo Estándar estadounidense)
- Pt TC = 0,003923 (SAMA)
- Pt TC = 0,003916 (JIS)
- TC de cobre = 0,0042
- TC de níquel = 0,00617 (DIN)
- TC del níquel = 0,00672 (cada vez menos común en EE. UU.)
- TC de Balco = 0,0052
- TC del tungsteno = 0,0045
Resistencia nominal
La resistencia nominal es el valor de resistencia preespecificado a una temperatura determinada. La mayoría de los estándares, incluida la IEC-751, utilizan °C como punto de referencia. El estándar IEC es de 100 ohmios a 0 °C, pero otras resistencias nominales son disponibles, como 50, 200, 400, 500, 1000 y 2000 ohmios.Rango de temperatura de aplicación
Dependiendo de la configuración mecánica y los métodos de fabricación, los RTD pueden utilizarse entre -270 °C y 850 °C. Las especificaciones del rango de temperatura serán diferentes para cada tipo (es decir, película delgada, bobinado y encapsulado en vidrio).Dimensiones físicas o restricciones de tamaño
La dimensión más crítica del elemento es el diámetro exterior (O.D.), ya que el elemento a menudo debe encajar dentro de una funda protectora. Los elementos de tipo película no tienen dimensión O.D. Para calcular una dimensión equivalente, debemos hallar la diagonal de una sección transversal del extremo (esta será la distancia más amplia a través del elemento cuando se inserte en una funda).Por ejemplo, utilizando un elemento de 10 x 2 x 1,2 mm, la diagonal se puede hallar tomando la raíz cuadrada de (22 + 1,52). Por lo tanto, el elemento encajará en un orificio con un diámetro interior de 2,5 mm (0,98"). A efectos prácticos, recuerde que cualquier elemento de 2 mm de ancho o menos encajará en una funda de 1/8" de diámetro exterior con paredes de 0,010", en términos generales. Los elementos de 1,5 mm de ancho suelen encajar en una funda con un diámetro interior de 0,084" (véase la figura 1).
Precisión
Las especificaciones de la norma IEC 751 para termómetros de resistencia de platino han adoptado los requisitos de precisión de la norma DIN 43760. Los elementos de clase A y clase B de DIN-IEC se muestran en la figura 2 y la figura 3.Tiempo de respuesta
La respuesta del 50 % es el tiempo que necesita el elemento del termómetro para alcanzar el 50 % de su valor de estado estable. La respuesta del 90 % se define de manera similar. Estos tiempos de respuesta de los elementos se dan para agua que fluye a una velocidad de 0,2 m/s y aire que fluye a 1 m/s. Se pueden calcular para cualquier otro medio con valores conocidos de conductividad térmica. En una funda de 1/4" de diámetro sumergida en agua que fluye a 3 pies por segundo, el tiempo de respuesta al 63 % de un cambio escalonado de temperatura es inferior a 5,0 segundos.Corriente de medición y autocalentamiento
La medición de la temperatura se realiza casi exclusivamente con corriente continua. Inevitablemente, la corriente de medición genera calor en el RTD. Las corrientes de medición admisibles vienen determinadas por la ubicación del elemento, el medio que se va a medir y la velocidad de los medios en movimiento. Un factor de autocalentamiento, «S», proporciona el error de medición del elemento en °C por milivatio (mW).Especificaciones del elemento de resistencia
- Estabilidad: Mejor que 0,2 oC después de 10 000 horas a la temperatura máxima (1 año, 51 días y 16 horas continuas)
- Resistencia a las vibraciones: 50 g a 500 oC; 200 g a 20 oC; a frecuencias de 20 a 1000 cps
- Resistencia al choque térmico: En aire forzado: en todo el rango de temperatura. En enfriamiento con agua: de 200 a 20 °C.
- Sensibilidad a la presión: Menos de 1,5 x 10-4 C/PSI, reversible. Errores de autocalentamiento y tiempos de respuesta: Consulte las páginas específicas del Manual de temperaturas para el tipo de elemento seleccionado.
- Autoinductancia de la corriente de detección: Se puede considerar insignificante para los elementos de película delgada; normalmente inferior a 0,02 microhenrios para los elementos bobinados.
- Capacitancia: Para los elementos bobinados: calculada en menos de 6 picofaradios; para los elementos de tipo película: la capacitancia es demasiado pequeña para ser medida y se ve afectada por la conexión del cable conductor. Las conexiones de los cables con el elemento pueden indicar una capacitancia de unos 300 pF.
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