configuración, funcionamiento y FABRICACION DE RTD PT100
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FABRICACION DE RTD PT 100
RTDs
Los detectores de resistencia de temperatura (RTDs) operan bajo el principio de los cambios en la resistencia eléctrica de metales puros y se caracterizan por un cambio lineal positivo en resistencia con temperatura. Los elementos típicos usados por los RTDs incluyen níquel (Ni) y cobre (Cu), pero platino (Pt) es por mucho el más común por su amplio rango de temperatura, precisión y estabilidad.
Los detectores de resistencia de temperatura (RTDs) operan bajo el principio de los cambios en la resistencia eléctrica de metales puros y se caracterizan por un cambio lineal positivo en resistencia con temperatura. Los elementos típicos usados por los RTDs incluyen níquel (Ni) y cobre (Cu), pero platino (Pt) es por mucho el más común por su amplio rango de temperatura, precisión y estabilidad.
Los
RTDs están compuestos por una de las dos configuraciones de
manufactura. Los RTDs wire-wound se construyen al enrollar un cable
delgado en una turbina. Una configuración más común es el elemento de
película delgada, el cual consiste en una capa muy delgada de metal
puesta sobre un estrato de plástico o cerámica. Los elementos de
película delgada son más baratos y ampliamente disponibles ya que pueden
alcanzar resistencias nominales más altas con menos platino. Para
proteger el RTD, una cubierta de metal cubre al elemento RTD y los
cables conectados a él.FABRICACION DE RTD PT 100 .
Los
RTDs son populares por su excelente estabilidad y muestran la señal más
lineal con respecto a la temperatura de cualquier sensor electrónico de
temperatura. Son generalmente más caros por su cuidadosa construcción y
el uso de platino. Los RTDs también se caracterizan por un tiempo lento
de respuesta y baja sensibilidad; y como requieren excitación de
corriente pueden ser propensos a auto calentamiento.
Son
comúnmente clasificados por su resistencia nominal a 0 °C. Los valores
típicos de resistencia nominal para RTDs de platino de película delgada
incluyen 100 Ω y 1000 Ω. La relación entre resistencia y temperatura es
casi lineal y cumple la ecuación
ntroducción a RTDs
Detectores
de resistencia a la temperatura (RTD) se basan en los fenómenos
predecibles y repetibles de la resistencia eléctrica de los metales
cambiantes con la temperatura.
El
coeficiente de temperatura para todos los metales puros es del mismo
orden - 0,003 a 0,007 ohmios / ohmios / ° C. Los metales más utilizados
para la detección de la temperatura son de platino, níquel, cobre y
molibdeno. Mientras que la resistencia - características de la
temperatura de ciertos semiconductores y materiales cerámicos se
utilizan para la detección de la temperatura (ver secciones sobre Semiconductor y termistor ), estos sensores no son generalmente clasificados como RTD.
Una precisión Calculadora de temperatura RTD soportar cuatro tipos de RTD puede proporcionar una "primera mano" la comprensión de las características de IDT.
¿Cómo se construyen los RTD?
RTD
se fabrican en dos formas: usando alambre o película. RTD de alambre
son una bobina de estirado de alambre fino colocado en un tubo de
cerámica que soporta y protege el cable. El alambre puede estar unido a
la cerámica usando un esmalte. Los tipos de cables son generalmente los
más precisa, debido al control más estricto sobre la pureza de metal y
menos errores cepa relacionada. Ellos también son más caros.
Cine RTD consisten de una película delgada de metal que está serigrafiado o vacío balbuceó en un sustrato cerámico o vítreo. Un condensador de ajuste de láser y luego recorta el RTD a su valor de resistencia correcta.
Sensores
de película son menos precisos que los tipos de cable, pero que son
relativamente baratos, que están disponibles en tamaños pequeños y que
son más robustos. Cine RTDs también puede funcionar como un indicador de
tensión - así que no se esfuerce ellos! El elemento de alúmina debe ser
apoyado por la grasa o un elastómero de la luz, pero nunca integrado en
epoxi o mecánicamente sujeta entre las superficies duras.
RTD
en general no pueden ser usados en su forma básica elemento de
detección, ya que son demasiado delicado.Por lo general, están
integrados en algún tipo de asamblea, que les permita soportar las
diversas condiciones ambientales a las que queden expuestas cuando se
utiliza. Por lo general se trata de un tubo de acero inoxidable con una
grasa conductora de calor (que también amortigua la
vibración). Diámetros de tubo estándar incluyen 3, 4.5, 6, 8, 10, 12 y
15 mm y longitudes de tubos estándar son 250, 300, 500, 750 y 1000 mm.
Características de RTD
RTD metal tienen una respuesta definida por un polinomio:
R (t) = R 0 (1 + a + bt 2 + ct 3 )
Cuando R 0 es
la resistencia a 0 ° C, "t" en la temperatura en grados Celsius, y "a",
"b" y "c" son constantes que dependen de las características del
metal. En la práctica, esta ecuación es un ajuste apretado, pero no es
perfecto para la mayoría de los RTD, por lo que pequeñas modificaciones a
menudo se puede hacer.
Por
lo general, las características de la temperatura de un RTD se
especifican como un solo número (el "alfa"), lo que representa el
coeficiente medio de temperatura en el rango de temperatura de 0 a 100 °
C según los cálculos de:
alfa = (R 100 - R 0 ) / 100. R 0 en ohmios / ohm / ° C
Nota:
RTD cubren un rango de temperatura suficiente que dicha respuesta debe
ser calibrado en función de la temperatura de la última escala ITS90 . Para obtener ayuda con estos cálculos, consulte la calculadora de temperatura RTD.
También
es de interés observar que el coeficiente de temperatura de una
aleación es frecuentemente muy diferente de la de los metales
constituyentes. Pequeñas trazas de impurezas pueden cambiar en gran
medida los coeficientes de temperatura. A veces rastrear "impurezas" se
añaden deliberadamente para inundar los efectos de impurezas no deseadas
que no son rentables para eliminar. Otras aleaciones pueden ser
adaptados para determinadas características de temperatura. Por ejemplo,
una aleación de 84% de cobre, 12% de manganeso y 4% de níquel tiene la
propiedad de tener una casi cero respuesta a la temperatura. La aleación
se utiliza para la fabricación de resistencias de precisión.
Tipos de RTD
Aunque casi cualquier metal puede ser utilizado para la fabricación de IDT, en la práctica el número utilizado es limitada.
Metal
|
Comentarios | |||
|---|---|---|---|---|
| Bajo coste | ||||
0.00385 |
Bajo costo alternativo al platino en los rangos de temperatura inferiores | |||
| Bajo costo, rango limitado de temperaturas | ||||
| Bajo coste | ||||
0.00392 0.00377 |
Buena precisión. Extienda rango de temperatura de 1000 ° C disponible
|
Otros materiales se utilizan para aplicaciones especializadas. Por ejemplo, los sensores de temperatura criogénicas.
RTD de platino
El
platino es, de lejos, el material de RTD más común, principalmente
debido a su estabilidad a largo plazo en el aire.Hay dos tipos de
sensores de platino estándar, cada uno con un nivel de dopaje diferente
de «impurezas». En gran medida se ha producido una convergencia de los
niveles de IDT de platino, con la mayoría de los organismos nacionales
de normalización adoptar la IEC751-1983 internacional, con la enmienda 1
en 1986 y la enmienda 2 en 1995. Los EE.UU. sigue manteniendo su propio
estándar.
Todas las normas de platino utilizan un polinomio modificada conocida como Callendar - ecuación de Van Dusen:
R (t) = R 0 (1 + a + bt 2 + c (t -.. 100) t 3 )
RTD
de platino están disponibles con dos coeficientes de temperatura o
alfas - la elección se basa en gran medida de la preferencia nacional en
la que el país, tal como se indica en la siguiente tabla:
ohmios / ohmios / ° C |
ohmios |
Países | ||
|---|---|---|---|---|
a = 3.90830x10 -3 yb =-5.77500x10 -7 c =-4.18301x10 -12 a & b que el anterior, pero c = 0,0 |
Australia, Austria, Bélgica, Brasil, Bulgaria, Canadá, Rep Checa, Dinamarca, Egipto, Finlandia, Francia, Alemania, Israel, Italia, Japón, Polonia, Rumania, Sth.África, Turquía, Rusia, Reino Unido, EE.UU. | |||
RC-4 |
yb =-5.86863x10 -7 c =-4.16696x10 -12 |
EE.UU. |
La
norma internacional IEC 751 especifica las clases de tolerancia, como
se indica en la siguiente tabla. Mientras que sólo las clases A y B se
definen en la norma IEC 751, se ha convertido en una práctica común
ampliado las clases C y D, que más o menos el doble de la tolerancia de
error anterior. Las clases de tolerancia a menudo se aplican a otros
tipos de IDT.
Dónde
| t | indica la magnitud de la temperatura en grados Celsius (es decir
signo se deja caer). Algunos fabricantes subdividen aún más sus clases
de tolerancia de IDT en Bandas de tolerancia para una mayor elección en
los coeficientes de rendimiento de precio.
Características de Platinum RTD
El
IEC751 especifica un número de otras características - resistencia de
aislamiento, protección del medio ambiente, máximo efecto
termoeléctrico, tolerancia a la vibración, marcando el plomo y el sensor
de marca. Algunos de éstos se discuten a continuación:
Efecto Termoeléctrico: Un
RTD de platino generalmente emplea dos metales - el elemento sensor de
platino y cables conductores de cobre, por lo que es un buen candidato
para un termopar. Si un gradiente de temperatura se permite desarrollar a
lo largo del elemento de detección, una tensión termoeléctrica con una
magnitud de alrededor de 7 mV / ° C será generada. Esto sólo es probable
que sea un problema con las mediciones de muy alta precisión de
funcionamiento a bajas corrientes de excitación.
Configuraciones de cableado y Marcas del cable: Hay tres configuraciones de cableado que se pueden utilizar para medir la resistencia - 2, 3 y 4 conexiones de cables.
IEC751
requiere que los cables conectados al mismo extremo de la resistencia
sean del mismo color - rojo o blanco, y que los cables en cada extremo
sean diferentes. Consulte la medida de la sección de los méritos de cada uno de estos esquemas de cableado.
Sensor de marcado: IEC
751 estipula que un sensor se debe marcar con su valor nominal R0,
clase de tolerancia, la configuración del cableado y el rango de
temperatura permitida. Un ejemplo de marcado:
Pt100 / A / 3 / -100 / +200
correspondiente
a platino de 100 ohmios, la clase A, la configuración 3 de alambre y
con un intervalo de temperatura de -100 ° C a 200 ° C.
Corriente de medición: las
corrientes de medición preferidas se especifican como 1, 2 y 5 mA,
aunque el 5 mA no se permite con sensores de clase A debido a los
posibles errores que experimentan calentamiento espontáneo.
RTDs níquel
Sensores
de níquel se prefieren en aplicaciones sensibles al coste, tales como
aire acondicionado y artículos de consumo. Debido a que el costo es un
problema, se fabrican generalmente en valores de resistencia más
elevados de 1k o 2k ohmios para que una sencilla conexión de dos hilos
se puede utilizar (en lugar de las conexiones de 3 o 4 hilos comunes con
tipos de platino).
No
parece haber ninguna norma internacional que cubre el níquel RTD,
aunque la mayoría de los fabricantes parecen seguir IEC751 (que sólo se
refiere a los dispositivos de platino) en su caso. Un problema que
resulta es que no parece haber ninguna calibración ampliamente aceptada
para el RTD níquel.
Un fabricante de RTD níquel recomienda el siguiente polinomio:
R (t) = R 0 (1 + a + bt 2 + dt 4 + ft 6 )
donde a = 5.485x10 -3 b = 6.650x10 -6 d = 2.805x10 -11 yf =-2.000x10 -17 . El alfa para esta parte es 0.00672 ohms / ohm / ° C
Más común que baja a la medición de precisión medio de la simplificación de la ecuación se utiliza con a = alpha:
R (t) = R 0 (1 + a)
que es fácilmente invertida para la temperatura:
t = (R t / R 0 - 1) / a = (R t / R 0 - 1) / 0.00672
donde "a" es sustituido por el valor alfa.
El
níquel es menos químicamente inerte que el platino y así es menos
estable a temperaturas más altas. Pasivación de vidrio puede ampliar el
rango de temperatura útil a 200 ° C, pero el níquel RTD se utiliza
normalmente para la detección en el rango de temperatura ambiental y en
aire claro.
Níquel - Hierro RTDs
Baja
en el costo de los puros de níquel RTD, el níquel-hierro RTD encuentra
aplicación en climatización y otras aplicaciones sensibles al coste. El
alfa = 0,00518
RTD de cobre
El
cobre se utiliza raramente específicamente como un elemento de
detección, pero se emplea a menudo cuando existe una bobina de cobre
para otros fines. Por ejemplo, en una mancha de cuerda vibrante medir se
requiere una bobina a "arrancar" el cable y el sentido de su frecuencia
de vibración. La misma bobina se puede utilizar para detectar la
temperatura del sensor de manera que sus lecturas pueden ser compensados
por las derivas inducidas por la temperatura. Otra aplicación es en
la medición de la temperatura de los devanados del motor y de
transformadores eléctricos.
En
estos tipos de aplicaciones, donde de detección de temperatura es una
función secundaria, se debe tener cuidado en el devanado de la bobina de
modo que la expansión térmica del sistema no induce efectos del
calibrador de tensión significativos en el alambre de cobre que puede
añadir a la incertidumbre de la medición.
No
parece haber ningún estándar internacional para RTD de cobre, sin
embargo un alfa = 0,00427 ohmios / ohmios / ° C se utiliza
comúnmente. Cuando el rango de temperatura es pequeña (por ejemplo 0 ° C
a 180 ° C) y las necesidades de precisión no es genial, una función
lineal simple se puede utilizar:
t = (R t / R 0 - 1) / 0.00427
RTD de molibdeno
El
molibdeno tiene un coeficiente de dilatación térmica que casi
perfectamente coincide con el de la alúmina, lo que lo convierte en un
material ideal para el tipo de película de la construcción. El rango de
temperatura útil es típicamente -200 ° C a 200 ° C y el alfa de la
materia = 0.00300 ohms / ohm / ° C.
RTDs
molibdeno también están disponibles con un alfa = 0.00385 ohms / ohm / °
C (logrado por dopaje con otros metales), que hace que sea compatible
con los dispositivos estándar Pt100 más de un rango de temperatura
reducida y con un coste reducido.
Los tipos de propiedad
Varias
compañías fabrican los tipos de sensores patentadas de IDT y no
publican necesariamente detalles sobre el material de detección
utilizado. Uno de tales dispositivos es el de la serie TD de sensores de
temperatura de Honeywell. Estos parecen ser construido por la
deposición de una capa fina de metal sobre un sustrato de silicio y el
recorte por láser. Los beneficios son un costo relativamente bajo, la
simplicidad y ± 0,7 ° C intercambiabilidad a 20 º C. La respuesta de las
partes de Honeywell es similar a un RTD de platino:
R (t) = R 0 (1 3,84 x10 -3 . t + 4.94x10 -6 . t 2 )
La siguiente tabla representa algunos de los tipos de propiedad sensores RTD fabricados por una variedad de empresas:
Sensor
|
Fabrica.
|
Salida
|
Tolerancia
(rango) |
Paquete
|
Comentarios
|
|---|---|---|---|---|---|
TD4A
TD5A |
8 ohmios / ° C
(1.854 ohmios a 0 ° C) |
(-40 ° C a 150 ° C) |
Película metálica sobre un sustrato de silicio | ||
KTY81
KTY82 KTY83 KTY84 KTY85 |
1K o 2K a 25 ° C, 0,8% / ° C
Ver debajo |
(-55 ° C a 150 ° C a algunos a 300 ° C) |
SOT-23 -SOD 68 SOD-80 |
Resistencia a granel de silicio.Mantenga la corriente de excitación> 0,1 mA y <1mA | |
KYY10
KTY11 KTY13 |
1K o 2K a 25 ° C, 0,8% / ° C
Ver debajo |
(-50 ° C a 150 ° C) |
modificado |
Resistencia a granel de silicio. | |
32.208243 millones
32.209.115 |
como para Pt100 y Pt1000
|
(-50 ° C a 130 ° C) |
SOT223 |
Montaje en superficie RTDs | |
HA421
HA2421 |
Pt200 a 25 ° C
|
± 4,5 a ± 15 ° C
(-70 hasta 1000 ° C) |
Liderado
|
Aplicaciones automotrices |
Las
partes de Philips y Siemens se basan en las características de
resistencia a granel de silicio. Esto también permite el uso de equipos
de fabricación de semiconductores de silicio estándar. Este diseño puede
ser más estable que otra sensor de semiconductor, debido a la mayor
tolerancia a la migración de iones. Sin embargo, otras características
(ver más abajo) requieren que tener cuidado en el uso de estos sensores.
La resistencia del sensor de temperatura de silicio está dada por la ecuación:
R = R R (1 + A (T -. T r ) + B (T -. T R ) 2 -. c (t - T i ) d )
en la que R R es la resistencia a la temperatura T R y A, B, C y D son constantes. T i es una temperatura del punto de inflexión tal que c = 0 para t i .
La resistencia de algunos de sensores de resistencia a gra
Cables de Cobre para RTDs
Cables de cobre con diferentes aislamientos especialmente diseñados para la fabricación de las RTDs.
PVC / PVC
Rango de Tª: - 10 a 85ºC
El PVC interior y
exterior proporciona un buen uso general en cables de compensación. El
PVC es resistente al agua y es autoextinguible, tiene una alta
resistencia dieléctrica, buenas propiedades mecánicas y proporciona
resistencia a los productos químicos, aceites, hidrocarburos y la
abrasión. Los conductores son aislados con PVC, más una funda de PVC.
SILICONA / SILICONA
Rango de Tª: -60 a 180ºC
Tiene unas propiedades similares al PVC. Los conductores son aislados con silicona, más una funda de silicona.
PTFE / PTFE
Rango de Tª: -75 a 250ºC
Los cables de PTFE
proporcionan un aislamiento de un cable flexible y resistente a los
aceites y ácidos. Tiene una excelente resistencia al calor y al frío y
unas buenas características al envejecimiento. Los conductores son
aislados con PTFE, más una funda de PTFE.
FIBRA VIDRIO / MALLA
Rango de Tª: -60 a 350ºC
Con un aislamiento de
fibra de vidrio interior y exterior ofrece una gran resistencia a altas
temperaturas con buenas propiedades dieléctricas. Los conductores son
aislados con fibra de vidrio, más una funda de fibra de vidrio
impregnada con barniz. Una malla metálica exterior completa el
aislmiento de este cable.
For <0 °C RT = R0 [ 1 + aT + bT2 +cT3 (T - 100) ] (Ecuación 1)
For >0 °C RT = R0 [ 1 + aT + bT2 ]
For >0 °C RT = R0 [ 1 + aT + bT2 ]
Donde RT = resistencia a temperatura T
R0 = resistencia nominal
a, b y c son constantes usadas para escalar el RTD
La curva de resistencia/temperatura para un RTD de platino de 100 W, comúnmente conocido como Pt100, se muestra a continuación:
Figura 1. Curva de Resistencia-Temperatura para un RTD de Platino de 100 Ω, a = 0.00385
El
RTD más común es el de platino de película delgada con un a de
0.385%/°C y está especificado por DIN EN 60751. El valor a depende del
grado de platino utilizado y también generalmente incluye 0.3911%/°C y
0.3926%/°C. El valor a define la sensibilidad del elemento metálico,
pero normalmente es utilizado para distinguir las curvas de
resistencia/temperatura de varios RTDs.
Tabla 1. Coeficientes Callendar-Van Dusen Correspondientes a RTDs Comunes
Edtándard
|
Coeficiente de Temperatura (a)
|
A
|
B
|
C
|
| DIN 43760 | 0.003850 |  |
 |
 |
| American | 0.003911 |  |
 |
 |
| ITS-90 | 0.003926 |  |
 |
 |
* Para temperaturas bajo 0 °C únicamente; C = 0.0 para temperaturas arriba de 0 °C.
Termistores
Los
termistores (resistores sensibles térmicamente) son similares a los
RTDs en los que son resistores eléctricos, cuya resistencia cambia con
la temperatura. Los termistores están fabricados con material de
semiconductor de óxido de metal los cuales son encapsulados en una pieza
de vidrio o epoxi. FABRICACION DE RTD Y PT100
Los
termistores tienen una sensibilidad muy alta, lo cual los hace
extremadamente susceptibles a los cambios de temperatura. Por ejemplo,
un termistor 2252 W tiene una sensibilidad de -100 W/°C a temperatura
ambiente. En comparación, un RTD de 100 W tiene una sensibilidad de 0.4
W/°C. Los termistores también tienen una baja masa térmica que da como
resultado tiempos rápidos de respuesta, pero son limitados por un rango
pequeño de temperatura.
Los
termistores tienen ya sea un coeficiente de temperatura negativo (NTC) o
un coeficiente de temperatura positivo (PTC). El primero tiene una
resistencia que disminuye al aumentar la temperatura y el segundo
presenta mayor resistencia al aumentar la temperatura. La Figura 2
muestra una curva típica de temperatura de termistor comparada con una
curva típica de temperatura de RTD de 100 W:
Figure 2. Resistencia contra Temperatura para un Termistor Típico y RTD
3. Medidas y Acondicionamiento de Señales de RTD y Termistores
Ya
que los RTDs y termistores son dispositivos sensibles, usted debe
administrarles una corriente de excitación y luego leer el voltaje a
través de las terminales. Si el calor adicional no se puede disipar, el
calentamiento I2R causado por la corriente de excitación puede
incrementar la temperatura del elemento de detección arriba de la
temperatura ambiente. El auto calentamiento generalmente cambia la
resistencia del RTD o termistor, provocando errores en las medidas. Los
efectos de auto calentamiento se pueden disminuir al administrar baja
corriente de excitación.
La manera más fácil de conectar un RTD o termistor a un dispositivo de medida es con una conexión de 2 cables.
Figura 3. Realizar una Medida RTD/Termistor de 2 Cables
Con
este método, los dos cables que alimentan al RTD o termistor con su
corriente de excitación también se usan para medir el voltaje en el
sensor. Debido a la baja resistencia nominal de los RTDs, la precisión
de las medidas se puede ver afectada significativamente por la
resistencia de la terminal del cable. Por ejemplo, los cables con una
resistencia de 1 W conectados a un RTD de platino de 100 W causan un
error de medida del 1%.FABRICACION DE RTD Y PT100
Un método de conexión de 3 cables o 4 cables pued
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