¿Qué es un Detector de Temperatura por Resistencia?
¿Qué es un Detector de Temperatura por Resistencia?
Definición de Detector de Temperatura por Resistencia
Un Detector de Temperatura por Resistencia (también conocido como termómetro de resistencia o RTD) es un dispositivo electrónico utilizado para determinar la temperatura midiendo la resistencia de un cable eléctrico. Este cable se conoce como sensor de temperatura. Si queremos medir la temperatura con alta precisión, un RTD es la solución ideal, ya que tiene buenas características lineales en un amplio rango de temperaturas. Otros dispositivos electrónicos comunes utilizados para medir la temperatura incluyen el termopar o el termistor.
La variación de la resistencia del metal con la variación de la temperatura se da como,
Donde, Rt y R0 son los valores de resistencia a las temperaturas toC y t0oC. α y β son constantes que dependen de los metales.Esta expresión es para un amplio rango de temperaturas. Para un rango de temperaturas pequeño, la expresión puede ser,
Los dispositivos RTD comúnmente usan metales como Cobre, Níquel y Platino. Cada metal tiene cambios únicos de resistencia que corresponden a variaciones de temperatura, conocidos como características resistencia-temperatura.
El Platino tiene un rango de temperatura de 650oC, mientras que el Cobre y el Níquel tienen 120oC y 300oC respectivamente. La figura 1 muestra la curva de características resistencia-temperatura de los tres metales diferentes. Para el Platino, su resistencia cambia aproximadamente 0,4 ohmios por grado Celsius de temperatura.
La pureza del platino en los RTD se verifica mediante la relación R100 / R0. Las impurezas en el material causan desviaciones de la gráfica de resistencia-temperatura esperada, afectando los valores α y β específicos del metal.
Construcción de un Detector de Temperatura por Resistencia o RTD
La construcción es típicamente tal que el cable está enrollado en una forma (en una bobina) en un marco cruzado de mica dentada para lograr un tamaño pequeño, mejorando la conductividad térmica para disminuir el tiempo de respuesta y obtener una alta tasa de transferencia de calor. En los RTD industriales, la bobina está protegida por una vaina de acero inoxidable o un tubo protector.
De esta manera, la tensión física es despreciable ya que el cable se expande e incrementa la longitud del cable con el cambio de temperatura. Si la tensión en el cable aumenta, entonces la tensión aumenta. Debido a esto, la resistencia del cable cambiará, lo cual es indeseable. Por lo tanto, no queremos que la resistencia del cable cambie por ningún otro cambio no deseado excepto los cambios de temperatura.
Esto también es útil para el mantenimiento de los RTD mientras la planta está en operación. Se coloca mica entre la vaina de acero y el cable de resistencia para una mejor aislamiento eléctrico. Debido a la menor tensión en el cable de resistencia, debe enrollarse cuidadosamente sobre la hoja de mica. La fig.2 muestra la vista estructural de un Detector de Temperatura por Resistencia Industrial.
Acondicionamiento de Señal del RTD
Podemos obtener este RTD en el mercado. Pero debemos saber el procedimiento de cómo usarlo y cómo hacer el circuito de acondicionamiento de señal. De esta manera, los errores de los cables de conexión y otros errores de calibración pueden minimizarse. En este RTD, el cambio en el valor de resistencia es muy pequeño en relación con la temperatura.
La resistencia de un RTD se determina utilizando un circuito puente, donde se suministra una corriente eléctrica constante y se mide la caída de tensión a través de un resistor para calcular la temperatura. Esta temperatura se determina convirtiendo el valor de resistencia del RTD usando una expresión de calibración. Los diferentes módulos de RTD se muestran en las figuras siguientes.
En el puente de dos cables RTD, no hay un cable falso. La salida se toma de los dos extremos restantes como se muestra en la fig.3. Sin embargo, las resistencias de los cables de extensión son muy importantes de considerar, ya que la impedancia de los cables de extensión puede afectar la lectura de la temperatura. Este efecto se minimiza en el circuito de puente de tres cables RTD al conectar un cable falso C.
En un RTD de tres cables, si los cables A y B son idénticos en longitud y área de sección transversal, sus efectos de impedancia se neutralizan entre sí. El cable falso C luego sirve como conductor de sensado para medir la caída de tensión sin llevar corriente. En estos circuitos, la tensión de salida es directamente proporcional a la temperatura. Por lo tanto, necesitamos una ecuación de calibración para encontrar la temperatura.
Expresiones para un Circuito de Tres Cables RTD
Si conocemos los valores de VS y VO, podemos encontrar Rg y luego podemos encontrar el valor de la temperatura usando la ecuación de calibración. Ahora, asumamos que R1 = R2:
Si R3 = Rg; entonces VO = 0 y el puente está equilibrado. Esto se puede hacer manualmente, pero si no queremos hacer un cálculo manual, simplemente podemos resolver la ecuación 3 para obtener la expresión de Rg.
Esta expresión asume que, cuando la resistencia de los cables de conexión RL = 0. Supongamos que RL está presente en una situación, entonces la expresión de Rg se convierte en,
Por lo tanto, hay un error en el valor de resistencia del RTD debido a la resistencia RL. Es por eso que necesitamos compensar la resistencia RL como ya discutimos, conectando una línea falso 'C' como se muestra en la fig.4.
Limitaciones del RTD
En la resistencia del RTD, habrá una disipación de potencia I2R por el propio dispositivo que causa un ligero efecto de calentamiento. Esto se llama autocalentamiento en RTD. Esto también puede causar una lectura errónea. Por lo tanto, la corriente eléctrica a través de la resistencia del RTD debe mantenerse suficientemente baja y constante para evitar el autocalentamiento.
