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4)
DETECTORES DE
TEMPERATURA DE RESISTENCIA (RTDs)
Características
de RTDs
Los detectores de temperatura de
resistencia (RTDs) son sensores de temperatura fabricados generalmente con
materiales puros (o ligeramente dopados) cuya resistencia se incrementa cuando
aumenta la temperatura (coeficiente de temperatura de resistencia positiva).
El RTD más popular es el film de
platino PT100 (DIN 43760), con la resistencia nominal de 100 Ω ± 0,1 Ω a ºC. El
platino usualmente se usa para RTSs debido a su estabilidad en un amplio rango de temperaturas ( - 270 ºC
a 650 ºC) y sus características de resistencia bastante lineales. El tungsteno
a veces se usa en aplicaciones de alta temperatura. También está disponible
RTDs de níquel de alta resistencia (1000 Ω). Si el elemento RTD no tiene
tensiones mecánicas (esto también cambia la resistencia de un conductor), y no
está contaminado por impurezas, los dispositivos son estables, fiables y
exactos en un largo periodo de tiempo.
Linealidad de RTDs
En comparación con otros
dispositivos de medición de temperatura tales como termopares y termistores, el
cambio en resistencia de un RTD con respecto a la temperatura es relativamente
lineal en un amplio rango de temperaturas, exhibiendo solamente una curva muy
ligera sobre el rango de temperatura de trabajo. Pueden calcularse relaciones
más exactas usando el ajuste de la curva – a menudo se usan ecuaciones
polinómicas de Dusen Callendar – Van. Ya que el error introducido por la
aproximación de la relación entre resistencia y temperatura no es lineal
significativamente, los fabricantes comúnmente definen el coeficiente de
temperatura de RTDs, conocido como alfa (
) por la expresión:
Donde:
Esto representa el cambio en la
resistencia de RTD desde 0ºC a 100ºC, dividido por la resistencia a 0ºC,
dividida por 100ºC.
Desde la expresión de alfa (α) es
fácilmente derivado de la resistencia RT de un RTD, a temperatura T que puede
encontrarse de la siguiente expresión:
Ro = Resistencia a 0ºC
Por ejemplo, un PT100 (norma DIN 43760), con
resistencia nominal de 100 Ω ± 0,1 Ω a 0 ºC tiene un alfa (α) de 0,00385 Ω / Ω
/ ºC. Su resistencia a 100 º C será por lo tanto de 138,5 Ω.
5)
Termistores
Una forma barata de detectar la
temperatura es la proporcionada por el termistor, que es térmicamente sensible
a la resistencia del semiconductor formado por óxido de varios metales. El tipo
y composición del óxido semiconductor usado (ej. manganeso, níquel, cobalto,
etc) depende del valor de resistencia y coeficiente de temperatura requerido.
Los dispositivos de termistor
usados comúnmente exhiben un coeficiente de temperatura negativa y un alto
grado de sensibilidad a pequeños cambios en la temperatura, típicamente 4 % /
ºC.
Su exactitud es típicamente diez veces
mejor que en los termopares pero no tan exactas como con RTDs. Los termistores
no son dispositivos lineales y son directamente útiles en rangos de temperatura
típicos de – 80 ºC hasta 250 ºC. Con respecto a esto, los sistemas basados en
los microprocesadores modernos (ya sean basados en PC o data loggers) pueden
usarse para alcanzar algunas de las limitaciones causadas por no linealidades,
modelando las no linealidades con ecuaciones cuadráticas.
Los termistores muestran una gran
resistencia, típicamente 3kΩ, 5 kΩ, 6kΩ y 10Ω a 25ºC, aunque valores tan bajos
como 100 Ω están disponibles. Altas resistencias significa que la resistencia
principal de los conductores usados para excitar termistores es usualmente
despreciable, requiriendo solamente esquemas de medición de dos conductores.
Una de las atracciones de los
termistores es el amplio rango de formas en forma de burbujas, discos, varillas
y sondas que pueden ser fácilmente
fabricados. Su pequeño tamaño significa que tienen una respuesta térmica
rápida, pero pueden ser bastante frágiles comparadas a las RTDs que son más
robustas.
Las corrientes de excitación en
los RTDs pueden causar problemas de auto-calentamiento, esto es incluso mayor
en el caso de los termistores debido a los altos valores de resistencia.
Los problemas de
auto-calentamiento pueden en gran medida reducirse de la siguiente forma:
·
Minimizando la energía de excitación.
·
Excitando los RTDs solamente cuando se toma una
medida.
·
Calibrando fuera de los estados estacionarios.
Algunas autoridades afirman que la elevación de la temperatura, en ºC, debido
al auto-calentamiento puede calcularse dividiendo la disipación de energía
interna entre 8 mW.
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