Sensores de resistencia metálica RTD Jorge Martínez Gómez Carlos Rojas Vergara Andres Tous Contreras Contreras
Contenido
1.
Introducción.
2.
Descripción general.
3.
Prin Princ cipio ipio de fun funci cion ona amien miento to..
4.
Clas Clasif ific icac ació ión n de los los RTDs RTDs..
5.
Parámetros.
6.
Circ Circui uito tos s de acon acondi dici cion onam amie ient nto. o.
7.
Vent Venta ajas jas y desv desve enta ntajas jas.
8.
Aplicaciones.
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1. Introducción
El censado de temperatura es uno de los procesos más realizados en las plantas de fabricación. Los sensores de resistencia metálica (RTD), son de uso general y poseen un comportamiento generalmente lineal que dependen del tipo de material fabricado. Los metales se caracterizan por poseer coeficientes térmicos positivos de variación de la impedancia eléctrica.
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2. Principio de Funcionamiento
Los RTD, están basados en el principios de resistividad
R
l
A
Alambre delgado
Tanque
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Principio de Funcionamiento (2)
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2. Principio de funcionamiento (3)
Variación de la resistencia de un conductor con respecto a su temperatura. Relación directamente proporcional entre la resistencia y la temperatura. Su modelo matemático se puede aproximar mediante la siguiente ecuación:
RT R0 (1 T )
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3. Clasificación de los RTDs
1. Según su material:
Los parámetros que se deben tener en cuenta son:
Sensibilidad a la temperatura.
Relación lineal entre la resistencia y la temperatura.
Inmunidad ante condiciones ambientales.
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3. Clasificación de los RTDs (2)
Platino:
El más utilizado para la construcción de RTDs.
Alta estabilidad.
Costo elevado.
Alta resistencia a la corrosión y oxidación.
Rango de temperatura máximo de 900ºC. Se pueden clasificar en Clase A Clase B
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→
→
Tol(6%) Tol(12%)
3. Clasificación de los RTDs (3)
Níquel:
Mayor nivel de impedancia con respecto a la variación de temperatura.
Falta de linealidad.
Problemas de oxidación.
Mayor sensibilidad que en el platino.
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3. Clasificación de los RTDs (4)
Cobre:
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Resistividad baja. Mayor relación lineal entre resistencia y temperatura con respecto a los demás materiales. Baja resistividad. Temperatura de operación < 180ºC
Curva de calibración de 3 metales distintos
Metal
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R ang o de operaci ón ( C ) °
Precisión (Grados)
Platino
de -200 a 950
0,01
Níquel
de -150 a 300
0,5
Cobre
de -200 a 120
0,1
3. Clasificación de los RTDs (5)
2. Según su construcción.
S ens or de tipo bobinado.
Simple diseño.
Costo elevado.
S ens or de tipo laminado.
Bajo costo.
Baja masa térmica.
Baja estabilidad
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3. Clasificación de los RTDs (6) S ens or de tipo enros cado.
Es construido a partir de una bobina helicoidal de alambre de platino.
Se evita el cortocircuito.
Resistente a las vibraciones.
S ens or de tipo de anillo hueco.
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Respuesta rápida.
Completamente sellado.
Costoso.
Su masa térmica es reducida.
4. Parámetros
Coeficiente de temperatura de la res is tencia (TC R ).
Se determina mediante la pureza de la bobina del alambre utilizado en la fabricación del sensor. Se define como el cambio de la resistencia ohmio/ohmio/°C.
•Platino: Clase A = 0,003902 ohmio/ohmio/°C Clase B=0,00385055 ohmio/ohmio/ °C
•Níquel: 0,006720 ohmio/ohmio/°C •Cobre: 0,004274 ohmio/ohmio/ °C
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4. Parámetros (2)
Repetibilidad , que se define como la diferencia entre el valor verdadero de temperatura y la indicación de salida del sensor.
A uto-calentamiento , se define como el aumento en el valor de
temperatura indicado causado por la disipación de potencia por parte del sensor.
R esis tencia de ais lamiento , la resistencia entre cualquier conductor y la envoltura del sensor, A 21 °C (70°F), su valor suele ser de 100M Ω o más a 100V en DC.
Vibración , ( 25G →20 – 2000Hz), sensor de 5”
Tiempo de res puesta estándar , tiempo necesario para que un sensor alcance el 63,2% del paso de cambio de temperatura.
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5. Circuitos de acondicionamiento
El propósito del acondicionador de una RTD es lograr una señal de tensión proporcional a la temperatura a medir
Puente wheatstone:
Dispositivo eléctrico de medida utilizado para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Está compuesto por 4 resistencias, una fuente de tensión y un galvanómetro
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5. Circuitos de acondicionamiento (2)
C onfig uración de hilos Pueden ser de 2, 3 o 4 hilos. Es importante tener en cuenta:
Exactitud y estabilidad.
Ubicación de dispositivo receptor.
Rango del sensor.
C onfig uración de dos hilos:
Configuración más simple y menos costosa
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5. Circuitos de acondicionamiento (3)
R TD de tres hilos:
Sujeta a corrosión. Ni la temperatura ni la longitud del cable afectan la medida.
R TD de cuatro hilos: Alta exactitud.
Utilizados en convertidores digitales de temperatura o calibración de patrones de resistencias.
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5. Circuitos de acondicionamiento (4)
Es inevitable la conexión entre el puente y el sensor mediante cables. El error introducido depende del coeficiente de temperatura de los cables. Se emplea la configuración siemens de tres hilos.
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6. Ventajas y desventajas
Ventajas:
Salida de gran amplitud.
Rango amplio de medidas de temperatura. Sensibilidad a cambios de temperatura alta. Excelente linealidad.
Alta exactitud, estabilidad, repetibilidad y resistencia de choques térmicos.
Desventajas:
Sensibilidad 10 veces mayor a la de un termopar.
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Velocidad de reacción baja, comparada con un termopar o termistor.
Afectados por el auto-calentamiento.
Inestables ante vibraciones o choques mecánicos.
7. Aplicaciones
Sistemas de control en computadores.
Climatizadores.
Controladores de temperatura.
Hornos domésticos.
Termómetros.
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7. Aplicaciones (2)
Medidor de hemoglobina. Medición en la calidad de la gasolina y diesel. Medidor de humedad en la piel
