Sensor RTD

RTD significa detector de temperatura de resistencia. El sensor RTD es b谩sicamente un dispositivo de detecci贸n de temperatura en el que el cambio de resistencia del elemento detector se calibra con la temperatura. As铆, un cambio en la resistencia da directamente el valor de la temperatura del sistema. Se utiliza para medir la temperatura de un sistema y tambi茅n se conoce como Term贸metro de Resistencia.

Índice de contenidos

Especificaci贸n del sensor RTD:

Un sensor RTD se especifica en t茅rminos de su resistencia nominal a 0 掳C, coeficiente de temperatura de resistencia (TCR) y clase de tolerancia. La resistencia nominal es la resistencia del elemento sensor a 0 掳C. Por ejemplo, en pt100 RTD, la resistencia nominal es de 100 ohmios a 0 掳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 m谩s alto posible. Platinum tiene TCR igual a 0.00392. Esto significa que la resistencia del alambre de platino cambiar谩 en 0,00392 ohmios cuando la temperatura cambie en 1 掳C.

La clase de tolerancia es la precisi贸n del RTD a temperatura nominal, es decir, 0 掳C. Se define en IEC 751 para RTD de platino. La precisi贸n del pt RTD a 0 掳C es de 卤0,3 掳C.

Elemento de detecci贸n de RTD:

El elemento RTD est谩 hecho de platino, cobre o n铆quel. Balco tambi茅n se utiliza como elemento sensor. Balco es una aleaci贸n de n铆quel-hierro con una conductividad t茅rmica similar al n铆quel pero con el doble de resistividad.

Criterios para la selecci贸n del material de detecci贸n:

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 m谩s 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 m铆nimo de material para la construcci贸n del sensor.
  • La resistencia del material debe tener una relaci贸n continua y estable con la temperatura. Relaci贸n estable de resistencia y temp. es importante desde el punto de vista de la repetibilidad. En caso de que esta relaci贸n cambie, la lectura no ser谩 estable.
  • El material debe ser qu铆micamente estable. No debe corroerse con la temperatura.

El platino es el material ampliamente utilizado como material de term贸metro de resistencia. Sin embargo, el cobre y el n铆quel tambi茅n se utilizan para algunas aplicaciones. Platinum RTD se utiliza para un rango de temperatura de -200 掳C a 800 掳C. Sin embargo, en aplicaciones industriales, pt100 se usa hasta alrededor de 400 掳C. A temperaturas m谩s altas, la precisi贸n de pt100 se deteriora y, por lo tanto, no se prefiere. Par termoel茅ctrico es una opci贸n adecuada para la medici贸n de temperatura a temperaturas m谩s altas.

Caracter铆sticas del elemento RTD:

Como se mencion贸 anteriormente, la relaci贸n entre la temperatura y la resistencia del elemento sensor debe ser lineal y estable. Por lo tanto, el material cuyas caracter铆sticas de temperatura versus resistencia es lineal hasta una temperatura m谩s alta es el m谩s adecuado. La siguiente figura muestra las caracter铆sticas del cobre, platino, n铆quel y balco.

caracter铆sticas-del-material-RTD-temperatura-y-resistencia-relaci贸n-del-material-RTD

Se puede ver que; el platino tiene una relaci贸n lineal hasta 1000 掳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 contaminaci贸n y puede soportar altas temperaturas manteniendo una excelente estabilidad.

Construcci贸n del sensor RTD:

El sensor RTD est谩 disponible en dos tipos diferentes de construcci贸n: alambre enrollado y pel铆cula delgada. En la construcci贸n con alambre enrollado, el elemento sensor de temperatura se enrolla en forma de bobina en un cilindro de cer谩mica o vidrio que luego se a铆sla.

En la construcci贸n de pel铆cula delgada, el elemento sensor de temperatura se graba sobre un sustrato cer谩mico. Luego se recorta con l谩ser para lograr la resistencia nominal deseada. Luego, el sustrato de cer谩mica y el cable sensor se protegen con una capa delgada de vidrio. Este tipo de construcci贸n es el m谩s utilizado debido a su econom铆a y mayor resistencia para un tama帽o determinado. Si tiene la oportunidad, mire el cat谩logo de un RTD y compruebe sus especificaciones. Obtendr谩 una mejor visi贸n 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 disminuci贸n en la temperatura da como resultado una disminuci贸n en la resistencia de la temperatura. elemento sensor.

La variaci贸n de la resistencia R con la temperatura T (掳K) se puede representar mediante la siguiente relaci贸n para la mayor铆a de los metales como:

R = R0(1+伪1T+伪2T2+鈥︹..+伪nTn+鈥)

donde R0 = Resistencia a la temperatura T = 0 y 伪1, 伪2,鈥 伪n son constantes.

驴C贸mo 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 term贸metro de resistencia. Debido a esta corriente, se produce una ca铆da de tensi贸n en la resistencia del RTD. Esta ca铆da de voltaje se mide usando un transmisor. Esta ca铆da de voltaje se usa luego para medir la temperatura del sistema.

Cabe se帽alar aqu铆 que la corriente provoca un calentamiento 贸hmico 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 peque帽a (generalmente 1 mA) a trav茅s 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.

Configuraci贸n de 2 hilos:

El RTD de dos hilos es el tipo m谩s com煤n de RTD y es muy propenso a errores de medici贸n. Consideremos un circuito simple de configuraci贸n RTD de dos cables para una mejor comprensi贸n.

configuraci贸n rtd de dos hilos

Se inyecta corriente continua constante I en el RTD a trav茅s de sus cables de conexi贸n y la ca铆da de voltaje se mide en AB. La ca铆da de voltaje en AB corresponder谩 a la ca铆da de voltaje combinada en la resistencia RTD y la resistencia del conductor. Por lo tanto, la medida de la resistencia ser谩 la resistencia total en lugar de la resistencia del elemento sensor. Como la ca铆da de voltaje se calibra con la temperatura del sistema, la temperatura medida por la configuraci贸n de 2 cables no representar谩 la temperatura real, sino que mostrar谩 m谩s la temperatura que la temperatura del sistema. Esta configuraci贸n rara vez se usa para la medici贸n de temperatura en industrias. Sin embargo, donde la precisi贸n no es tan importante, solo una idea de la temperatura. se requiere, se puede usar una configuraci贸n de 2 hilos.

Configuraci贸n de 3 hilos:

La configuraci贸n RTD de tres hilos es la configuraci贸n m谩s utilizada en las industrias. En esta configuraci贸n, salen tres cables del sensor RTD. A continuaci贸n se muestra un RTD de tres hilos.

Configuraci贸n RTD de 3 hilos

Como puede verse, dos cables est谩n 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 est谩n ubicados en la sala de control, la resistencia del cable de conexi贸n puede causar un error en la medici贸n y, por lo tanto, el dispositivo de monitoreo no debe tener en cuenta la resistencia del cable para una medici贸n precisa de la temperatura. Esto se logra mediante RTD de tres hilos.

En este RTD, se utilizan tres cables id茅nticos 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 medici贸n de la resistencia entre A y B da (2RL). Los dos valores, cuando se restan, dar谩n la medici贸n precisa del elemento RTD, es decir, R. Este principio se utiliza en la configuraci贸n de RTD de 3 cables para un control preciso de la temperatura.

Configuraci贸n de RTD de 4 hilos:

En esta configuraci贸n, se utilizan cuatro cables para controlar con precisi贸n la temperatura. Esta configuraci贸n da el resultado m谩s preciso pero es compleja desde el punto de vista de la instalaci贸n. La siguiente figura muestra la configuraci贸n de 4 cables.

Configuraci贸n RTD de 4 hilos

Se inyecta corriente continua constante a trav茅s de los cables externos A y C, mientras que la ca铆da de voltaje a trav茅s del elemento sensor se mide a trav茅s de los cables internos B y D. Dado que el volt铆metro tiene un gran valor de resistencia, el flujo de corriente a trav茅s del cable de medici贸n de voltaje B y D ser谩 despreciable y, por lo tanto, el voltaje medido puede tratarse como la ca铆da de voltaje en el elemento RTD.

Dado que se conocen la ca铆da de voltaje en el elemento RTD y la corriente a trav茅s de 茅l, la resistencia se puede encontrar f谩cilmente usando (V/I) y, por lo tanto, la temperatura del sistema.

Limitaciones de RTD:

La precisi贸n 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. medici贸n. Se utiliza preferentemente para -200 掳C a 800 掳C. El termopar es el m谩s adecuado para la medici贸n de grandes temperaturas.

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