Detector de Temperatura por Resistencia ou RTD | Construción e Principio de Funcionamento

Que é un RTD (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 nun amplio rango de temperaturas. Outros dispositivos electrónicos comúns usados para medir a temperatura inclúen un termopar ou un 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 un gran rango de temperaturas. Para un rango pequeno de temperaturas, a expresión pode ser,

Nos dispositivos RTD; o cobre, o níquel e a platina son os metais máis utilizados. Estes tres metais teñen diferentes variacións de resistencia en relación coas variacións de temperatura. Isto chámase características de resistencia-temperatura.

A platina ten un rango de temperatura de 650oC, e logo o cobre e o níquel teñen 120oC e 300oC respectivamente. A figura-1 mostra a curva de características de resistencia-temperatura dos tres metais diferentes. Para a platina, a súa resistencia cambia aproximadamente 0,4 ohms por grao Celsius de temperatura.

A pureza da platina compróbase midindo R100 / R0. Porque, calquera material que realmente estamos a usar para fabricar o RTD debe ser puro. Se non é puro, desviarase do gráfico convencional de resistencia-temperatura. Así, os valores de α e β cambiarán en función dos metais.

Construción do Detector de Temperatura por Resistencia ou RTD

A construción é típicamente tal que o fío está enrolado nunha forma (en espiral) nunha cruz de mica notada 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 unha funda 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 que a resistencia do fío cambie 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 a funda de acero e o fío de resistencia para unha mellor aislación eléctrica. Debido á menor tensión no fío de resistencia, debe enrollarse cuidadosamente sobre a folha de mica. A fig.2 amosa a vista estrutural dun Detector de Temperatura por Resistencia Industrial.

Condicionamento de Sinal do RTD

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

Entón, o valor do RTD métese usando un circuito de ponte. Ao suministrar unha corrente eléctrica constante ao circuito de ponte e medindo a caída de voltaxe resultante a través do resistor, a resistencia do RTD pode calcularse. Deste xeito, tamén se pode determinar a temperatura. Esta temperatura determinase convertindo o valor de resistencia do RTD usando unha expresión de calibración. Os diferentes módulos de RTD amózanse nas figuras seguintes.



No circuito de ponte de RTD de dous fíos, o fío ficticio está ausente. A saída tomase dende os dous extremos restantes como se amosa 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 minímase no circuito de ponte de RTD de tres fíos conectando un fío ficticio C.

Se os fíos A e B están adequadamente emparellados en termos de lonxitude e área de sección transversal, entón os seus efectos de impedancia cancelaranse porque cada fío está en posición oposta. Así, o fío ficticio C actúa como unha liña de sentido para medir a caída de voltaxe a través da resistencia do RTD e non leva 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 VO, podemos atopar Rg e entón podemos atopar o valor de temperatura usando a ecuación de calibración. Agora, supoñamos que R1 = R2:

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

Esta expresión supón, cando a resistencia do fío de conexión RL = 0. Supoño, se RL está presente nunha situación, entón a expresión de Rg convértese en,

Entón, hai un erro no valor de resistencia do RTD debido á resistencia RL. É por iso que necesitamos compensar a resistencia RL como xa discutimos conectando unha liña ficticia 'C' como se amosa na fig.4.

Presentación en vídeo sobre o Detector de Temperatura por Resistencia ou RTD