Universidad de Cundinamarca – Instrumentación – Grupo 604
Mayo 29, 2015, usa!asu!"
&NOR D& R&IT&NCI: =&T:LIC: RTD
I. INTRODUCCIÓN. La termo resistencia trabaja según el principio de que en la medida que ar!a la temperatura" su resistencia se modi#ica" $ la magnitud de esta modi#icaci%n puede relacionarse con la ariaci%n de temperatura. &l termo resistencias de uso m's común se #abrican #abrican de alambres alambres #inos soportados por un material aislante $ luego encapsulados. &l elem element ento o encap encapsu sula lado do se inse insert rta a luego luego dentro de una aina o tubo met'lico cerrado en un e(tremo que se llena con un polo aislante $ se sella con cemento para impedir que absorba )umedad. &l puente *)eatstone es un circuito inic inicia ialm lmen ente te desc descri rito to en +,-+,-- por amu amuel el /unter C)ristie 0+1,23+,456. No obstante" #ue el r. r. C)ar C)arle less *)ea *)eate test ston one e quie quien n le dio dio muc)os usos cuando lo descubri% en +,2-.
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O78&TI9O. :nali;ar el #uncionamiento de un circuito denominado
II. II. =:RC =:RCO O T&ÓR T&ÓRIC ICO. O. &l circuito es el siguiente> 0puede conectarse a cual cualqu quie ierr olt oltaj aje e en corr corrie ient nte e dire direct cta" a" recomendable no m's de +? oltios6. Cuando el puente se encuentra en equilibrio> R+ @ R? $ R( @ R- de donde> R+ A R( @ R? A R-
&n este caso la di#erencia de potencial 0la tens tensi% i%n6 n6 es de cero cero BB BB olt oltio ioss entr entre e los los
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Cuando R( @ R-" 9:7 @ oltios $ la corriente @ amperios i no se conoce el alor de R(" se debe equilibrar el puente ariando el alor de R-. Cuando se )a$a conseguido el equilibrio" R( ser' igual a R- 0R( @ R-6. R- debe ser una resistencia ariable con una car'tula o medio para obtener alores mu$ precisos. &jemplo> i R+ $ R?@ + EF 0Eilo)mio6 $ R- @ 5 EF" R( deber' de 5 EF para lograr que el oltaje entre : $ 7 09:76 sea cero 0corriente igual a cero6
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RX = Ro ¿
6
Ro= Resistencia a ° C RX = ResistenciaTX ° C
RXα =Coeficiente del PT 100
OPERACIONAL DIFERENCIAL
Como la di#erencia de potencial sobre las dos ramas conectadas en paralelo es la misma" $ como : $ 7 son puntos comunes para ambas ramas" debe )aber e(actamente la misma di#erencia de potencial sobre la rama #ormada por R+ $ R- $ la rama #ormada por R? $ R2
:s!" basta conectar una resistencia desconocida 0R(6 $ empe;ar a ariar R)asta que la corriente entre : $ 7 sea cero. Cuando esto suceda" el alor de RG ser' igual al alor de RUna aplicaci%n mu$ interesante del puente *)eatstone en la industria es como sensor de temperatura" presi%n" etc. 0dispositios que ar!an el alor de su resistencia de acuerdo a la ariaci%n de las ariables antes mencionadas6. TambiHn se utili;a en los sistemas de distribuci%n de energ!a elHctrica donde se lo utili;a para detectar roturas o #allas en las l!neas de distribuci%n. &s en el amper!metro donde se e el niel o grado de desbalance o di#erencia que )a$ entre el alor normal a medir $ la medida real. VA − B =
VCC ∗ R 2 VCC ∗ R 3 − R 1 + R 2 R 3 + R 4
R2 R3 − ) R 1 + R 2 R 3 + R 3
¿ VCC (
VA − B =0=
R 1 R 3 = R 2 R 4
Como R+ $ R- son resistencias ariables $ tambiHn puede serlo R?" es posible conseguir el equilibrio del puente arreglando estos alores de manera que la lectura en el galan%metro sea cero 0esto se consigue despla;ando el cursor en el punto C6. De esta #orma se consigue que el punto C $ el punto D estHn al mismo potencial" $a que no e(iste paso de corriente por esa secci%n del circuito. i esto sucede" la di#erencia de potencial en R+ debe ser igual a la di#erencia de potencial en R?" tambiHn la di#erencia de potencial en R- debe ser igual a la que se produce en R2. :plicando la Le$ de O)m" podemos escribir>
olo cuando el puente esta balanceado /allar el coe#iciente 2
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Diidiendo las ecuaciones 0?6 $ 0-6 $ considerando la condici%n de equilibrio>
e obtiene>
ig. !mbolo RTD
e puede a)ora determinar #'cilmente el alor de una resistencia desconocida" por ejemplo R2" si los alores de las otras resistencias son conocidos. Luego si R2 @ R(" entonces>
Los #abricantes proporcionan para cada RTD una tabla de calibraci%n que contiene una lista de alores de la resistencia R para cada temperatura T. Con estos puede construirse la cura de calibraci%n de la RTD. &sta gr'#ica es de resistencia de la RTD en #unci%n de su temperatura.
e sabe que la resistencia de un conductor )omogHneo en #unci%n de su resistiidad est' dada por la relaci%n>
i se toman todos estos puntos de muestra $ se aplica un mHtodo numHrico de apro(imaci%n" se llega a una sola ecuaci%n apro(imada que caracteri;a el comportamiento de la RTD>
Reempla;ando la ecuaci%n 016 en 046 para R$ R+ respectiamente" se obtiene>
iendo las caracter!sticas #!sicas $ geomHtricas de las resistencias R- $ R+ las mismas.
Donde Ro @ Resistencia en J a cero grados cent!grados K @ coe#iciente de temperatura el cual se de#ine como el cambio de resistencia promedio por cada C en el interalo de M + C diidido por R" es decir>
RTD
&l #undamento de la RTD es la ariaci%n de la resistencia de un conductor con la temperatura. &n un conductor el número de electrones disponibles para la conducci%n no cambia apreciablemente con la temperatura.
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T @ Temperatura a medir To @ Temperatura en el alor Ro III. :N:LII R&ULT:DO e tomaron los datos de la pt+ a di#erentes temperaturas $ se compararon con los resultados te%ricos. Temperatura (˚C) 30 34 38 42 45
Resistencia (Ω) 305 320 328 340 347
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48 51 55 62
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363 375 389 410
Tabla de datos temperatura vs resistencia PT100 pr!cticos"
Temperatura (˚C) 30 35 40 45 50 55 60 65
Resistencia (Ω) 111,13 113,79 115,75 117,7 119,66 121,61 123,55 125,5
imulaci%n
Tabla de datos temperatura vs resistencia PT100 se#$n tabla de la PT100"
130 126 122 118 114 110 25 30 35 40 45 50 55 60 65 %ra&ica comparativa curva calibración pt100 pr!ctica ' teórica " Puente de wheatstone >
&n este caso tarda solo la mitad de tiempo que en el anterior caso" aqu! tarda 5ms en estabili;arse con un oltaje de 59" lo que nos )ace concluir que a medida que incrementamos el oltaje este tendr' un ma$or retardo en tiempo para #ijar un alor constante" tanto como en cuanto se conecta la #uente $ se desconecta como lo apreciamos en la siguiente imagen.
10
20
30
40
Temperatura (˚C) 27 28 38 45 50 55 60 66 70 75
50
60
70
80
90
V!ta"e (mV) 170 177 238 260 281 315 330 349 364 395
Tabla de resultados datos pr'cticos con alimentaci%n de -.19 4
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como Qlineal" en la gr'#ica de simulaci%n se obsera realmente la salida lineal" en cambio en los datos tomados en el e(perimento presenta algunas ariaciones no lineales" se presentan aún m's cuando aumentamos el oltaje de alimentaci%n debido a que no presenta una ra;%n de cambio constante en cada toma de lectura. I9. CONCLUION&
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
Temperatura (˚C) 26 30 35 40 50 60 65 75 80 87
V!ta"e (mV) 190 200 223 260 290 335 356 382 405 453
Tabla de resultados datos pr'cticos con alimentaci%n de 4.?9
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Como se mencion% anteriormente a medida que eleamos el oltaje de alimentaci%n" esta salida di#erencial del puente de P)eatstone tardara m's tiempo en estabili;arce. Como se puede denotar en las gr'#icas de los datos tomados en la parte pr'ctica $ simulada" el puente de P)eatstone se comporta de una manera" que se puede decir 5
&l
principio de este e(perimento consiste en reconocer un circuito en puente *)eatstone" cuando se tiene un arreglo de esta manera la corriente que circula por el elemento central del arreglo es cero esto quiere decir que los puntos entre sus terminales poseen la misma tensi%n" no )a$ ca!da de potencial.
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aplicaci%n mu$ interesante del puente *)eatstone en la industria es como sensor de temperatura" presi%n" etc. 0dispositios que ar!an el alor de su resistencia de acuerdo a la ariaci%n de las ariables antes mencionadas6. Comprendo el principio de #uncionamiento de una RTD lo cual me permite discernir entre las posibilidades al momento de reali;ar una implementaci%n
e conocieron las entajas $ desentajas que o#recen las RTD cuando se requiere reali;ar una medici%n de temperatura.
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Identi#ico la #orma de reali;ar la adecuaci%n de seSal de una
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