SENSOR DE TEMPERATURA

El Dispositivo Térmico Resistivo (RTD)

Los RTD ó dispositivos térmicos resistivos, son sensores de temperatura a los cuales también se les denomina "bulbos de resistencia", su principio de funcionamiento se basa en el hecho de que un metal al calentarse, cambia su valor de resistencia, midiendo el valor de corriente que circula a través del RTD, se mide la temperatura con presición, la construcción típica de un RTD consiste en una bobina de hilo de cobre, de niquel ó de platino, la bobina se fija a un soporte con forma de una varilla, su diametro es semejante al diametro de un lápiz, con una longitud aproximada de 40 centímetros, su diseño se debe a C. H. Meyers (1932), en presencia de variaciones de temperatura el RTD modifica su componente resistivo en forma lineal, si la temperatura varia en un rango amplio, la no-linealidad se hace presente y aparecen errores de linealidad, en términos absolutos, no se desprecian para algunas aplicaciones.

La siguiente expresión proporciona la resistencia de una PT100 en función de la temperatura, la ecuación es un polinomio con cuatro términos y tres coeficientes, la respuesta se ajusta 100% a la curva real de la PT100 en un margen de [0ºC,850ºC]

RPT100 = 100(1 + 0.003908T – 6(10-7)T2 – 2(10-13)T3)

La termo resistencia trabaja según el principio de

que en la medida que varía la temperatura, su

resistencia se modifica, y la magnitud de esta

modificación puede relacionarse con la variación

de temperatura.

• Las termorresistencias de uso más común se

fabrican de alambres finos soportados por un

material aislante y luego encapsulados.

• El elemento encapsulado se inserta luego dentro

de una vaina o tubo metálico cerrado en un

extremo que se llena con un polvo aislante y se

sella con cemento para impedir que absorba

humedad

La relación fundamental para el funcionamiento es:

• Rt = Ro * (1 + * t)

• Ro: resistencia en ohmios a 0 grados Celsius

• Rt: resistencia en ohmios a t grados Celsius

• Alpha: coeficiente de temperatura de la resistencia.

Los materiales utilizados para los arrollamientos de

termorresistencias son fundamentalmente platino,

níquel, níquel-hierro, cobre y tungsteno.

El platino encuentra aplicación dentro de un amplio

rango de temperaturas y es el material más

estable y exacto.

• En efecto, la relación resistencia-temperatura

correspondiente al alambre de platino es tan

reproducible que la termorresistencia de platino se

utiliza como estándar internacional de temperatura

desde -260ºC hasta 630ºC .

RANGO DE OPERACIÓN PRECISIÓN

(ºC) (grados)

Platino -200 a 950 0.01

Níquel -150 a 300 0.50

Cobre -200 a 120 0.10

Los materiales empleados para la construcción de sensores RTD suelen ser conductores tales como el cobre, el níquel o el platino. Las propiedades de algunos de éstos se muestran en la siguiente tabla:

Parámetro Platino (Pt) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Molibdeno (Mo)

Resistividad ( ) 10.6 1.673 6.844 5.7

0.00385 0.0043 0.00681 0.003786

25, 50, 100, 200 10 50, 100, 120 100, 200, 500

margen (°C) -200 a +850 -200 a +260 -80 a +230 -200 a +200

De todos ellos es el platino el que ofrece mejores prestaciones, como:

• alta resistividad… para un mismo valor óhmico, la masa del sensor será menor, por lo que la respuesta será más rápida

• margen de temperatura mayor

• alta linealidad

• sin embargo, su sensibilidad ( ) es menor

Un sensor muy común es el Pt100 (RTD de platino con R=100 a 0 °C). En la siguiente tabla se muestran valores estándar de resistencia a distintas temperaturas para un sensor Pt100 con = 0.00385 .

Temperatura (°C)) 0 20 40 60 80 100

Resistencia ( ) 100 107.79 115.54 123.24 130.87 138.50

Ventajas de los RTD

• Margen de temperatura bastante amplio.

• Proporciona las medidas de temperatura con mayor exactitud y repetitividad.

• El valor de resistencia del RTD puede ser ajustado con gran exactitud por el fabricante (trimming), de manera que su tolerancia sea mínima. Además, éste será bastante estable con el tiempo.

• Los RTD son los más estables con el tiempo, presentando derivas en la medida del orden de 0.1 °C/año.

• La relación entre la temperatura y la resistencia es la más lineal.

• Los sensores RTD tienen una sensibilidad mayor que los termopares. La tensión debida a cambios de temperatura puede ser unas diez veces mayor.

• La existencia de curvas de calibración estándar para los distintos tipos de sensores RTD (según el material conductor, y ), facilita la posibilidad de intercambiar sensores entre distintos fabricantes.

• A diferencia de los termopares, no son necesarios cables de interconexión especiales ni compensación de la unión de referencia.

Inconvenientes de los RTD

• Dado que el platino y el resto de materiales conductores tienen todos una resistividad muy baja, para conseguir un valor significativo de resistencia será necesario devanar un hilo de conductor bastante largo, por lo que, sumando el elevado coste de por sí de estos materiales, el coste de un sensor RTD será mayor que el de un termopar o

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