Que é un detector de temperatura por resistencia

Que é un Detector de Temperatura por Resistencia?

Definición de Detector de Temperatura por Resistencia

Un Detector de Temperatura por Resistencia (tamén coñecido como Termómetro de Resistencia ou RTD) é un dispositivo electrónico usado para determinar a temperatura midindo a resistencia dun fío eléctrico. Este fío denomínase sensor de temperatura. Se queremos medir a temperatura con alta precisión, un RTD é a solución ideal, xa que ten boas características lineares nunha ampla gama de temperaturas. Outros dispositivos electrónicos comúns usados para medir a temperatura inclúen o termopar ou o termistor.

A variación da resistencia do metal coa variación da temperatura dáse como,

Onde, Rt e R0 son os valores de resistencia a toC e t0oC temperaturas. α e β son constantes que dependen dos metais.Esta expresión é para unha ampla gama de temperaturas. Para unha pequena gama de temperaturas, a expresión pode ser,

Os dispositivos RTD comúnmente usan metais como Cobre, Níquel e Platino. Cada metal ten cambios únicos de resistencia que corresponden ás variacións de temperatura, coñecidos como características resistencia-temperatura.

O Platino ten un rango de temperatura de 650oC, e logo o Cobre e o Níquel teñen 120oC e 300oC respectivamente. A figura 1 amosa a curva de características resistencia-temperatura dos tres metais diferentes. Para o Platino, a súa resistencia cambia aproximadamente 0,4 ohmios por grao Celsius de temperatura.

A pureza do platino nos RTD verifica-se polo ratio R100 / R0. As impurezas no material causan desvío do gráfico de resistencia-temperatura esperado, afectando aos valores α e β específicos do metal.

Construción do Detector de Temperatura por Resistencia ou RTD

A construción é típicamente tal que o fío está enroscado en unha forma (en espiral) nunha estrutura cruzada de mica entallada para lograr un tamaño pequeno, mellorando a conductividade térmica para diminuír o tempo de resposta e obter unha alta taxa de transferencia de calor. Nos RTD industriais, a espiral está protexida por un revestimento de acero inoxidable ou un tubo protector.

Así, a tensión física é negligible xa que o fío se expande e aumenta a lonxitude do fío co cambio de temperatura. Se a tensión no fío aumenta, entón a tensión aumenta. Debido a iso, a resistencia do fío cambiará, o que é indeseable. Polo tanto, non queremos cambiar a resistencia do fío por ningún outro cambio indeseado, excepto os cambios de temperatura.

Isto tamén é útil para a manutención do RTD mentres a planta está en funcionamento. A mica colócase entre o revestimento de acero e o fío de resistencia para unha mellor aislación eléctrica. Debido á menor tensión no fío de resistencia, debe ser enrollado cuidadosamente sobre a lámmina de mica. A fig.2 amosa a vista estructural dun Detector de Temperatura por Resistencia Industrial.

Condicionamento de Sinal do RTD

Podemos obter este RTD no mercado. Pero debemos coñecer o procedemento de como usarlo e como facer a circuitaria de condicionamento de sinal. Así, os erros dos fíos de conexión e outros erros de calibración poden minimizarse. Neste RTD, o cambio no valor de resistencia é moi pequeno en relación coa temperatura.

A resistencia dun RTD determinase usando un circuito de ponte, onde se fornece unha corrente eléctrica constante e se mide a caída de tensión a través dun resistor para calcular a temperatura. Esta temperatura determinase convertindo o valor de resistencia do RTD usando unha expresión de calibración. Os diferentes módulos do RTD amópanse nas figuras seguintes.

No circuito de ponte de RTD de dous fíos, o fío ficticio está ausente. A saída obtense dos dous extremos restantes como se mostra na fig.3. Pero as resistencias dos fíos de extensión son moi importantes de considerar, porque a impedancia dos fíos de extensión pode afectar a lectura de temperatura. Este efecto minimízase no circuito de ponte de RTD de tres fíos conectando un fío ficticio C.

Nun RTD de tres fíos, se os fíos A e B son idénticos en lonxitude e área de sección transversal, os seus efectos de impedancia neutralízanse entre si. O fío ficticio C actúa entón como un fío de senso para medir a caída de tensión sen levar corrente. Nestes circuitos, a tensión de saída é directamente proporcional á temperatura. Polo tanto, necesitamos unha ecuación de calibración para atopar a temperatura.

Expresións para un Circuito de RTD de Tres Fíos

Se coñecemos os valores de VS e V_O, podemos atopar Rg e entón podemos atopar o valor de temperatura usando a ecuación de calibración. Agora, supoñamos que R₁ = R₂:

Se R₃ = R_g; entón V_O = 0 e a ponte está equilibrada. Isto pódese facer manualmente, pero se non queremos facer un cálculo manual, simplemente podemos resolver a ecuación 3 para obter a expresión de R_g.

Esta expresión supón que, cando a resistencia de ligazón R_L = 0. Supoñamos que RL está presente nunha situación, entón a expresión de R_g convértese en,

Así, hai un erro no valor de resistencia do RTD debido á resistencia R_L. Por iso, necesitamos compensar a resistencia R_L como xa discutimos conectando unha liña ficticia 'C' como se mostra na fig.4.

Limitacións do RTD

Na resistencia do RTD, haxa unha dissipación de potencia I2R polo propio dispositivo que causa un leve efecto de calentamento. Isto chámase autocalentamento no RTD. Isto tamén pode causar unha lectura errónea. Polo tanto, a corrente eléctrica a través da resistencia do RTD debe manterse suficientemente baixa e constante para evitar o autocalentamento.