Sensor RTD

Índice de contenidos

Definición:
Especificación del sensor RTD:
Elemento de detección de RTD:
- Criterios para la selección del material de detección:
- Características del elemento RTD:
Construcción del sensor RTD:
Principio de funcionamiento de RTD:
- ¿Cómo funciona el sensor RTD?
Limitaciones de RTD:

Definición:

RTD significa detector de temperatura de resistencia. El sensor RTD es básicamente un dispositivo de detección de temperatura en el que el cambio de resistencia del elemento detector se calibra con la temperatura. Así, un cambio en la resistencia da directamente el valor de la temperatura del sistema. Se utiliza para medir la temperatura de un sistema y también se conoce como Termómetro de Resistencia.

Especificación del sensor RTD:

Un sensor RTD se especifica en términos de su resistencia nominal a 0 °C, coeficiente de temperatura de resistencia (TCR) y clase de tolerancia. La resistencia nominal es la resistencia del elemento sensor a 0 °C. Por ejemplo, en pt100 RTD, la resistencia nominal es de 100 ohmios a 0 °C y el material es platino.

TCR es el cambio en la resistencia con el cambio por unidad de temperatura. Este valor debe ser lo más alto posible. Platinum tiene TCR igual a 0.00392. Esto significa que la resistencia del alambre de platino cambiará en 0,00392 ohmios cuando la temperatura cambie en 1 °C.

La clase de tolerancia es la precisión del RTD a temperatura nominal, es decir, 0 °C. Se define en IEC 751 para RTD de platino. La precisión del pt RTD a 0 °C es de ±0,3 °C.

Elemento de detección de RTD:

El elemento RTD está hecho de platino, cobre o níquel. Balco también se utiliza como elemento sensor. Balco es una aleación de níquel-hierro con una conductividad térmica similar al níquel pero con el doble de resistividad.

Criterios para la selección del material de detección:

Los requisitos de un material conductor para ser utilizado en RTD son los siguientes:

El cambio de resistencia del material por unidad de cambio de temperatura debe ser lo más alto posible. Esta propiedad proporciona una mejor respuesta y sensibilidad al sensor de temperatura.
El material debe tener un alto valor de resistividad para que se requiera un volumen mínimo de material para la construcción del sensor.
La resistencia del material debe tener una relación continua y estable con la temperatura. Relación estable de resistencia y temp. es importante desde el punto de vista de la repetibilidad. En caso de que esta relación cambie, la lectura no será estable.
El material debe ser químicamente estable. No debe corroerse con la temperatura.

El platino es el material ampliamente utilizado como material de termómetro de resistencia. Sin embargo, el cobre y el níquel también se utilizan para algunas aplicaciones. Platinum RTD se utiliza para un rango de temperatura de -200 °C a 800 °C. Sin embargo, en aplicaciones industriales, pt100 se usa hasta alrededor de 400 °C. A temperaturas más altas, la precisión de pt100 se deteriora y, por lo tanto, no se prefiere. Par termoeléctrico es una opción adecuada para la medición de temperatura a temperaturas más altas.

Características del elemento RTD:

Como se mencionó anteriormente, la relación entre la temperatura y la resistencia del elemento sensor debe ser lineal y estable. Por lo tanto, el material cuyas características de temperatura versus resistencia es lineal hasta una temperatura más alta es el más adecuado. La siguiente figura muestra las características del cobre, platino, níquel y balco.

Se puede ver que; el platino tiene una relación lineal hasta 1000 °C. Esta es una de las razones por las que es el material preferido para el elemento sensor de temperatura. Aparte de esto, el pt muestra una susceptibilidad limitada a la contaminación y puede soportar altas temperaturas manteniendo una excelente estabilidad.

Construcción del sensor RTD:

El sensor RTD está disponible en dos tipos diferentes de construcción: alambre enrollado y película delgada. En la construcción con alambre enrollado, el elemento sensor de temperatura se enrolla en forma de bobina en un cilindro de cerámica o vidrio que luego se aísla.

En la construcción de película delgada, el elemento sensor de temperatura se graba sobre un sustrato cerámico. Luego se recorta con láser para lograr la resistencia nominal deseada. Luego, el sustrato de cerámica y el cable sensor se protegen con una capa delgada de vidrio. Este tipo de construcción es el más utilizado debido a su economía y mayor resistencia para un tamaño determinado. Si tiene la oportunidad, mire el catálogo de un RTD y compruebe sus especificaciones. Obtendrá una mejor visión del RTD.

Principio de funcionamiento de RTD:

El principio de funcionamiento de RTD se basa en el hecho de que el valor de la resistencia de un conductor cambia con la temperatura. Esta propiedad se utiliza para medir la temperatura. Aumento de la temperatura de un sistema, aumenta el valor de la resistencia del elemento. De manera similar, una disminución en la temperatura da como resultado una disminución en la resistencia de la temperatura. elemento sensor.

La variación de la resistencia R con la temperatura T (°K) se puede representar mediante la siguiente relación para la mayoría de los metales como:

R = R0(1+α1T+α2T2+……..+αnTn+…)

donde R0 = Resistencia a la temperatura T = 0 y α1, α2,… αn son constantes.

¿Cómo funciona el sensor RTD?

Como sabemos, el sensor RTD se utiliza para medir la temperatura del sistema. Para medir la temperatura, se monta en el sistema o se sujeta al sistema. Se inyecta una corriente continua constante al termómetro de resistencia. Debido a esta corriente, se produce una caída de tensión en la resistencia del RTD. Esta caída de voltaje se mide usando un transmisor. Esta caída de voltaje se usa luego para medir la temperatura del sistema.

Cabe señalar aquí que la corriente provoca un calentamiento óhmico y, por lo tanto, el calor generado puede aumentar la temperatura del elemento sensor y, por lo tanto, la lectura proporcionada por el RTD puede no representar la temperatura real del sistema. Para evitar este tipo de error debido al autocalentamiento, se hace pasar una corriente CC muy pequeña (generalmente 1 mA) a través del elemento.

Un RTD se puede conectar en configuraciones de dos, tres o cuatro cables. Un RTD que tiene solo dos conductores se denomina RTD de dos hilos. De manera similar, un RTD que tiene tres y cuatro cables se conoce como RTD de tres y cuatro cables, respectivamente.

Configuración de 2 hilos:

El RTD de dos hilos es el tipo más común de RTD y es muy propenso a errores de medición. Consideremos un circuito simple de configuración RTD de dos cables para una mejor comprensión.

Se inyecta corriente continua constante I en el RTD a través de sus cables de conexión y la caída de voltaje se mide en AB. La caída de voltaje en AB corresponderá a la caída de voltaje combinada en la resistencia RTD y la resistencia del conductor. Por lo tanto, la medida de la resistencia será la resistencia total en lugar de la resistencia del elemento sensor. Como la caída de voltaje se calibra con la temperatura del sistema, la temperatura medida por la configuración de 2 cables no representará la temperatura real, sino que mostrará más la temperatura que la temperatura del sistema. Esta configuración rara vez se usa para la medición de temperatura en industrias. Sin embargo, donde la precisión no es tan importante, solo una idea de la temperatura. se requiere, se puede usar una configuración de 2 hilos.

Configuración de 3 hilos:

La configuración RTD de tres hilos es la configuración más utilizada en las industrias. En esta configuración, salen tres cables del sensor RTD. A continuación se muestra un RTD de tres hilos.

Como puede verse, dos cables están conectados a un extremo del elemento RTD y un cable al otro extremo del elemento. Estos cables A, B y C conectan el elemento sensor al elemento de monitoreo. Dado que el elemento sensor puede estar archivado mientras que los dispositivos de monitoreo están ubicados en la sala de control, la resistencia del cable de conexión puede causar un error en la medición y, por lo tanto, el dispositivo de monitoreo no debe tener en cuenta la resistencia del cable para una medición precisa de la temperatura. Esto se logra mediante RTD de tres hilos.

En este RTD, se utilizan tres cables idénticos de igual longitud para que la resistencia de sus conductores sea igual. Deje que la resistencia del cable sea RL y la resistencia del elemento RTD a medir sea R. Al medir la resistencia entre A y C, tenemos (2RL+R) mientras que la medición de la resistencia entre A y B da (2RL). Los dos valores, cuando se restan, darán la medición precisa del elemento RTD, es decir, R. Este principio se utiliza en la configuración de RTD de 3 cables para un control preciso de la temperatura.

Configuración de RTD de 4 hilos:

En esta configuración, se utilizan cuatro cables para controlar con precisión la temperatura. Esta configuración da el resultado más preciso pero es compleja desde el punto de vista de la instalación. La siguiente figura muestra la configuración de 4 cables.

Se inyecta corriente continua constante a través de los cables externos A y C, mientras que la caída de voltaje a través del elemento sensor se mide a través de los cables internos B y D. Dado que el voltímetro tiene un gran valor de resistencia, el flujo de corriente a través del cable de medición de voltaje B y D será despreciable y, por lo tanto, el voltaje medido puede tratarse como la caída de voltaje en el elemento RTD.

Dado que se conocen la caída de voltaje en el elemento RTD y la corriente a través de él, la resistencia se puede encontrar fácilmente usando (V/I) y, por lo tanto, la temperatura del sistema.

Limitaciones de RTD:

La precisión de RTD disminuye a una temperatura muy grande y, por lo tanto, el uso de RTD para medir temperaturas altas da como resultado una temperatura imprecisa. medición. Se utiliza preferentemente para -200 °C a 800 °C. El termopar es el más adecuado para la medición de grandes temperaturas.