Conceptos básicos del sensor RTD

Sensores RTD

Un RTD es un sensor cuya resistencia cambia a medida que lo hace la temperatura.

Tabla de resistencia de sensores de temperatura RTD

Un RTD (sensor de temperatura de resistencia) es un sensor cuya resistencia cambia a medida que la temperatura cambia. La resistencia aumenta a medida que la temperatura del sensor sube. La relación resistencia-temperatura es notoria y repetible con el tiempo. Un RTD es un dispositivo pasivo; no genera una señal de salida por sí mismo. Los dispositivos electrónicos externos se utilizan para medir la resistencia del sensor haciendo pasar una pequeña corriente eléctrica a través del sensor para generar una tensión. Por lo general, la corriente de medición es de 1 mA o menos con una máxima de 5 mA sin riesgo de autocalentamiento.

Tolerancias estándares

Los RTD están diseñados para varias curvas y tolerancias normalizadas. La curva estandarizada más común es la curva DIN. La curva describe las características de resistencia frente a la temperatura de un sensor de platino de 100 ohm, las tolerancias normalizadas y el rango de temperatura medible.

La norma DIN especifica una resistencia base de 100 ohmios a 0 °C y un coeficiente de temperatura de 0.00385 ohmios/ohmio/°C. A continuación se muestra la salida nominal de un sensor RTD conforme a la norma DIN.

0 °C	Ohmios
0	100.00
10	103.90
20	107.79
30	111.67
40	115.54
50	119.40
60	123.24
70	127.07
80	130.89
90	134.70
100	138.50

Existen tres clases de tolerancias estándares para los RTD DIN, que se definen de la siguiente manera:

Clase A DIN: ±(0.15 + .002 |T|°C) DIN
Clase B: ±(0.3 + .005 |T|°C) DIN
Clase C: ±(1.2 + .005 |T|°C)

Tipos de elementos de RTD

Al momento de decidir el tipo de elemento de RTD, considera primero con qué instrumento vas a leer el sensor. Elige un tipo de elemento que sea compatible con la entrada del sensor del instrumento. Los RTD más comunes son los de platino de 100 ohm con un coeficiente de temperatura de 0.00385.

Tipo de elemento	Resistencia base en ohmios	TCR (ohm/ohm/°C)
Platino	100 ohm a 0 °C	.00385
Platino	100 ohm a 0 °C	.00392
Platino	100 ohm a 0 °C	.00375
Níquel	120 ohm a 0 °C	.00672
Cobre	10 ohm a 25 °C	.00427

Precisión RTD

La precisión es una combinación de la tolerancia de la resistencia base (tolerancia de resistencia a la temperatura de calibración) y el coeficiente de temperatura de la tolerancia de resistencia (tolerancia en la pendiente de la curva característica). Cualquier temperatura por encima o por debajo de esta tendrá una banda de tolerancia más amplia o menos precisión (ver la imagen a continuación). La temperatura de calibración más común es de 0 °C.

resistencia del RTD vs. temperatura y precisión estándar

Cables de conexión

Conexiones del sensor

Los sensores RTD están disponibles en varias configuraciones diferentes de cables de conexión. La configuración más común es la de un solo elemento y tres cables. A continuación se muestran las configuraciones de cables de conexión disponibles:

Los sensores de dos cables se utilizan, por lo general, en aplicaciones donde la precisión no es crítica. La configuración de dos cables hace posible el uso de una técnica de medición más sencilla, pero su imprecisión es característica debido a la resistencia de los cables del sensor. En la configuración de dos cables, no hay forma de compensar directamente la resistencia de los cables de conexión, lo que causará un aumento de la compensación en la medición de la resistencia.

Los sensores de tres cables están diseñados con un bucle de compensación para que la medición excluya la resistencia de los cables. Con esta configuración, el controlador o dispositivo de medición realiza dos mediciones. La primera mide la resistencia total del sensor y los cables de conexión y la segunda es la resistencia del bucle de compensación. Al restar la resistencia del bucle de compensación de la resistencia total, se obtiene la resistencia neta. Los sensores de tres cables son los más comunes, y son precisos y prácticos.

La configuración del sensor de cuatro cables y las técnicas de medición hacen posible medir la resistencia del sensor sin la influencia de los cables de conexión. Si bien esta técnica cuenta con la mayor precisión, muchos controladores o dispositivos de medición industriales no pueden realizar una medición de cuatro cables real.

Por lo general, la transición de los cables de conexión del sensor al cableado de campo se realiza en un cabezal de conexión conectado al sensor. Las clemas se utilizan para facilitar la conexión.

Efectos de los cables de conexión

La medición de la temperatura con un detector de temperatura de resistencia consiste en medir la resistencia. Para medir la resistencia se utilizan siempre los puentes Wheatstone desequilibrados. Al medir la resistencia del elemento sensor, todos los factores externos deben minimizarse o compensarse para obtener una lectura precisa.

Una causa importante de error puede ser la resistencia de los cables de conexión, especialmente en las configuraciones de dos cables.

Configuración de 2 cables

La resistencia está en serie con el elemento sensor, por lo que la lectura es la suma de las resistencias del elemento sensor y los cables de conexión. Los RTD de dos cables son posibles cuando el elemento sensor tiene una alta resistencia y los cables de conexión tienen una baja resistencia. Sin embargo, cuando la resistencia del cable de conexión es comparativamente alta, debe compensarse. La compensación se puede lograr con una configuración de tres cables. Como se muestra en el diagrama de tres cables, un lado de la fuente de alimentación se lleva a un lado del RTD a través de L3. Esto coloca L1 y L2 en los brazos opuestos del puente, por lo que se cancelan entre sí y no tienen efecto en el voltaje de salida del puente.

Configuración de 3 cables

Se recomiendan conexiones de tres cables para RTD, sobre todo con baja resistencia del elemento de detección, donde una pequeña resistencia del cable de conexión puede tener un gran efecto en la precisión de la lectura.