Guía para capturar datos en los procesos industriales (6ª PARTE)

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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).

La mayoría de los dispositivos RTD son un film o cable metálico o varilla de alambre. Los dispositivos de varilla de cable son esencialmente una varilla de cable en un núcleo neutral y alojado en un manguito protector. Los RTDs de film metálicos son dispositivos en los que el elemento resistivo se coloca en un sustrato cerámico con una huella metálica en zig-zag de unos pocos micrómetros de espesor. La orla láser de la huella metálica controla precisamente la resistencia. La gran reducción en tamaño con resistencia incrementada que esta construcción permite, da una inercia térmica mucho más baja, resultando una respuesta mucho más rápida y buena sensibilidad. Estos dispositivos generalmente cuestan menos que los RTDs.

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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