Torres Maryori, Romero Miguel, Aldana Javier. Universidad de Cundinamarca
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)NOR D) R)IT)NCIA M)TA'ICA RTD : T855 Torres Maryori, Romero Miguel, Aldana Javier. Universidad de Cundinamarca Abstract — Resistance temperature detectors (RTDs) are made of coils or films of metals (usually platinum). When heated, the resistan resistance ce of the metal metal increase increases; s; when cooled, the resista resistance nce decreases. assin! current throu!h an RTD !enerates a "olta!e across the RTD. #y measurin! this "olta!e, you determine its resistance, and thus its temperature. temperature. Resistance Temperature Detectors, or RTDs, are hi!hly accurate temperatur temperaturee sensors. sensors. They are also $nown for their e%cellent e%cellent stability characteristics. They are used to measure temperature from &' to *&', althou!h some can be used up to +&&'. Due to their low resistance "alues, you must be careful with the RTD lead resistances
'os %abricantes "ro"orcionan "ara cada RTD una tabla de calibraci&n #ue contiene una lista de valores de la resistencia R "ara cada tem"eratura T. Con estos "uede construirse la curva de calibraci&n de la RTD. )sta gr(%ica es de resistencia de la RTD en %unci&n de su tem"eratura.
Key words— platinum, sensor, temperature, thermoresistance.
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INTRODUCCION
a termo resistencia trabaa seg!n el "rinci"io de #ue en la medida #ue var$a la tem"eratura, su resistencia se modi%ica, y la magnitud de esta modi%icaci&n "uede relacionarse con la variaci&n de tem"eratura. 'a termo resistencias de uso m(s com!n se %abrican de alambres %inos so"ortados "or un material aislante y luego enca"sulados. )l elemento enca"sulado se inserta luego dentro de una vaina o tubo met(lico cerrado en un e*tremo #ue se llena con un "olvo aislante y se sella con cemento "ara im"edir #ue absorba +umedad. II.
RTD
)l %undamento %undamento de la RTD es la variaci&n de la resistencia de un conductor con la tem"eratura. )n un conductor el n!mero de electr electrone oness dis"on dis"onib ibles les "ara "ara la con conduc ducci& ci&nn no cambia cambia a"reciablemente con la tem"eratura. ero si la tem"eratura aument aumenta, a, las vibrac vibracion iones es de los (tomos (tomos alrede alrededor dor de sus "osiciones de e#uilibrio son mayores, y as$ dis"ersan m(s e%ica-mente a los electrones, reduciendo su velocidad media. )sto im"lica un coe%iciente de tem"eratura "ositivo, es decir, un aumento de la resistencia con la tem"eratura.
Fig.2 Curvas calibración RTD RTD
i se toman todos estos "untos de muestra y se a"lica un m/to m/todo do nu num/ m/ri rico co de a"ro a"ro*i *ima maci ci&n &n,, se lleg llegaa a un unaa sola sola ecuaci&n a"ro*imada #ue caracteri-a el com"ortamiento de la RTD0 Donde Ro 1 Resistencia en 2 a cero grados cent$grados 3 1 coe%iciente de tem"eratura el cual se de%ine como el cambio de resistencia "romedio "or cada 4C en el intervalo de 567855 4C dividido "or R5, es decir0
T 1 Tem"eratura a medir To 1 Tem"eratura en el valor Ro III.
Fig.1 Símbolo RTD
Dise9o con 'C
TIO D) RTD
eg!n su %orma de construcci&n "ueden ser clasi%icadas en ti"o bobinado, ti"o laminado, ti"o roscado y ti"o de anillo +ueco. or otra "arte, tambi/n suelen clasi%icarse "or el medio donde van a ser utili-adas como son "ara inmersi&n y contacto su"er% su"er%ici icial. al. De igual igual manera manera,, se con constr struye uyenn en di%ere di%erente ntess materiales met(licos, los m(s comunes son el "latino, el n$#uel
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. y el cobre, siendo las m(s utili-adas las "rimeras debido a la estabilidad del t, resistencia a la corrosi&n y o*idaci&n.
)l m/todo m(s em"leado "ara medir "e#ue9os cambios de resistencia consiste de dos divisores de tensi&n en "aralelo, uno de los cuales contiene el transductor de tem"eratura, es decir, la T855. i se dise9a de %orma #ue en el valor m$nimo a medir de tem"eratura, ambos divisores den la misma tensi&n ?;d 1 5 ;@, s&lo +ar( %alta medir la di%erencia de tensi&n entre las salidas "ara obtener una se9al #ue de"ender( de la variable a medir. )sta estructura se conoce como "uente de B+eatstone , la cual, adem(s de esta "ro"iedad %undamental, "ermite aumentar la sensibilidad del sistema a base de situar diversos transductores en los bra-os "ertinentes.
Fig.3 Tipo bobinado
Fig.5 Pun! d "#a!s!on
'a ecuaci&n del "uente se obtiene a"licando la teor$a de circuitos. i se tiene alimentado el "uente con una tensi&n ;a, la tensi&n de dese#uilibrio del "uente ?;d@ vendr( dada "or0 Fig.4 Tipo laminado
I;.
;)NTAJA < D);)NTAJA
;entaas0 = 'inealidad en un am"lio margen de tem"eraturas. = O"eran a altas tem"eraturas. = ensibilidad +asta 85 veces mayor #ue los termo"ares. = >ran e*actitud en la medida.
)ste ti"o de circuito "ermite la cone*i&n de T855 de dos cables, #ue es la menos recomendada "or#ue las resistencias de los cables #ue unen la t855 al instrumento se suman generando un error inevitable, y el de tres cables, #ue es el m(s com!n y recomendado, donde la longitud de los cables no a%ectan la medida, el !nico re#uisito es #ue los tres cables tengan la misma resistencia el/ctrica.
Desventaas0 = Muc+a inercia ?elevado tiem"o de res"uesta@. = Auto calentamiento ?debido a su cone*ionado y %orma de o"erar@. = osible "resencia de de%ormaciones mec(nicas. = M(s caros #ue otros transductores de tem"eratura, sobre todo en el caso del "latino. = )rrores debido a los cables de contacto. ;.
RTD T855
)l ti"o de RTD m(s utili-ado es el de latino en sus "resentaciones de = T=8550 Resistencia de 855 2 a 54C 1 M(s com!n = T=85550 Resistencia de 8555 2 a 54C Dise9o con 'C
Fig.$ Pun! d "#a!s!on con PT1%% d 3 cabls
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K
. ;I. AD)CUACIN D) 'A )EA' D) 'A T855 )l "royecto consiste en mostrar en una 'CD el valor de tem"eratura medido con una RTD T855 adecuando la se9al obtenida de /ste "or medio de un "uente de B+eatstone a un rango entre 5 y F voltios #ue "ueda ser conectado al convertidor anal&gico digital del microcontrolador IC 8GH. )l sensor a utili-ar en la im"lementaci&n del "royecto tiene K +ilos y cuenta con las siguientes caracter$sticas0
Con la dis"osici&n del circuito anterior se tiene entonces #ue ambas ramas divisorias de tensi&n, cuando se mide 5 LC tendr(n los mismos voltaes, "or lo #ue la di%erencia entre ellas es 5 voltios. ara conocer la di%erencia de voltae entre las ramas cuando se tiene una tem"eratura de 855 LC se consulta la +oa de es"eci%icaciones de la T855 em"leada y se encuentra #ue ad#uiere un valor de resistencia igual a 8K.F 2 "or lo #ue a"licando la siguiente %&rmula de voltae di%erencial del "uente B+eatstone se obtiene #ue0
=
el$cula %ina de "latino con cubierta de acero ino*idable. = Rango de tem"eratura de =F5 a 7F5 LC. = Intervalo %undamental ?5 a 855 LC.@ K.F 2 = Auto calentamiento 5.F LCmB ;d 1 F volt ??855 2 ?55 2 7 855 2@@ : ??8K.F 2?55 7 = )stabilidad 7= 5.5F 8K.F@@ 1 5.5KP volt. = Coe%iciente de tem"eratura 5.55KF 2 2LC. = Corriente a trav/s del sensor 5. a F mA. b@ ara reali-ar la o"eraci&n de +allar la di%erencial de voltae en el "uente B+eatstone se +ace uso del am"li%icador a@ ara el montae del "uente B+eatstone se tiene una %uente o"eracional en la con%iguraci&n de restador em"leando de alimentaci&n de F voltios teniendo en cuenta #ue "ara "ara ello la re%erencia 'MKF una tem"eratura de 5 LC el valor de de la RTD es de 855 2 y se busca #ue la corriente a trav/s de cada una de las ramas sea de 8 mA, "ara evitar el e%ecto del auto calentamiento en el sensor, se tiene #ue0 Rr 1 ;I 1 F volt 5.558 am" 1 F555 2 ero como la RTD tiene 855 2 entonces la otra resistencia debe ser de P55 2. Comercialmente no se encuentra este valor "or lo tanto se +ace uso de una resistencia de .Q 2 de "recisi&n.
Fig.' (mpli)icador opracional *+35' rs!ador
c@ Con el %in de adecuar el voltae di%erencial entre un valor de 5 a F voltios se busca el %actor de ganancia #ue se im"lementa con un am"li%icador o"eracional en la con%iguraci&n de am"li%icador no inversor. ara ello reali-amos la siguiente o"eraci&n0 >anancia 1 F volt 5.5KP volt 1 8.FK. e debe tener en cuenta #ue dic+a con%iguraci&n suma 8 a la ganancia obtenida en la relaci&n de los valores de resistencia "or lo tanto en este caso el valor a obtener es 8.F. Fig.& Pun! d "#a!s!on con los valors rsis!ivos
Dise9o con 'C
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. F F5 FF G5 GF 0ra)ica 10ra)ica Da!as#!/
88, 88P,GG 88,G8 8K,FF 8F,F
1curva calibracion PT1%% Prac!ico -S
130
126
122 118
114
Fig., (mpli)icador opracional *+35' mul!iplicador
or lo tanto, >anancia 1 87??R7;R8@R8@ 1 87??555 275F55 2@ 8555 2@ 1 878.F 1 8.F
110 25
35
40
45
50
55
60
65
Tabla 3 Rsul!ados Da!os Prc!icos Con (limn!ación d 3.& -.
Tem"eratura ?C@ K F F5 FF G5 GG 5 F
ANA'II < R)U'TADO e tomaron los datos de la T855 a di%erentes tem"eraturas y se com"araron con los resultados te&ricos. Tabla 1Daros d Tmpra!ura -S Rsis!cia PT1%% Prac!icos/
Tem"eratura ?C@ K5 K K F F8 FF G
30
Resistencia ?2@ K5F K5 K K5 K KGK KF KP 85
;oltae ?m;@ 85 8 K G5 8 K8F KK5 KP KG KPF
Tabla 2 Da!os d Tmpra!ura -S Rrsis!ncia PT1%% Da!as#!/
Tem"eratura ?C@ K5 KF 5 Dise9o con 'C
Resistencia ?2@ 888,8K 88K,P 88F,F
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
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F
. Tabla 4 Rsul!ados Da!os Prc!icos con (limn!ación d $.2 -
Tem"eratura ?C@ G K5 KF 5 F5 G5 GF F 5
;oltae ?m;@ 8P5 55 K G5 P5 KKF KFG K 5F FK
Como se "uede denotar en las gr(%icas de los datos tomados en la "arte "r(ctica, el "uente de S+eatstone se com"orta de una manera, #ue se "uede decir como lineal, en la gr(%ica de simulaci&n se observa realmente la salida lineal, en cambio en los datos tomados en el e*"erimento "resenta algunas variaciones no lineales, se "resentan a!n m(s cuando aumentamos el voltae de alimentaci&n debido a #ue no "resenta una ra-&n de cambio constante en cada toma de lectura. CONC'UION) Com"rendo el "rinci"io de %uncionamiento de una RTD lo cual me "ermite discernir entre las "osibilidades al momento de reali-ar una im"lementaci&n Recono-co las ventaas y desventaas #ue o%recen las RTD cuando se re#uiere reali-ar una medici&n de tem"eratura. Identi%ico la %orma de reali-ar la adecuaci&n de se9al de una T855 con el obeto de reali-ar un "royecto de medici&n de tem"eratura. 'ITO>RAHIA V8W+tt"0materias.%i.uba.arG5Pmaterial5K5MedicionTem "eratura."d%
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
VW +tt"0SSS.orbelec.es"rodtiendadatos5."d% VKW +tt"0tec.u"c.esieRTDs."d%
A medida #ue elevamos el voltae de alimentaci&n, esta salida di%erencial del "uente de S+eatstone tardara m(s tiem"o en estabili-arse.
Dise9o con 'C
