Noções básicas sobre RTD

Noções básicas sobre RTDs

Um RTD é um sensor cuja resistência muda conforme a temperatura.

Tabela de resistência à temperatura do RTD

Tolerâncias padrão
Tipos de Elementos RTD
Precisão do RTD
Fios condutores

Um RTD (Resistance Temperature Detector – Detector de temperatura por resistência), também conhecido como termorresistência, é um sensor cuja resistência muda conforme a temperatura. A resistência aumenta à medida que a temperatura do sensor aumenta. A relação entre resistência e temperatura é bem conhecida e pode ser repetida ao longo do tempo. Um RTD é um dispositivo passivo; ele não gera sinal por conta própria. Dispositivos eletrônicos externos são usados para medir a resistência por meio de uma pequena corrente elétrica que passa pelo sensor para gerar uma tensão. Normalmente, a corrente de medição é de 1 mA ou inferior, com um valor máximo de 5 mA sem o risco de autoaquecimento.

Tolerâncias padrão

Os RTDs apresentam várias curvas e tolerâncias padronizadas. A curva padronizada mais comum é a DIN. A curva descreve as características de resistência em relação à temperatura, as tolerâncias padronizadas e a faixa de temperatura mensurável de um sensor de platina de 100 ohm.

A norma DIN especifica uma resistência de base de 100 ohms a 0 °C e um coeficiente de temperatura de 0,00385 ohm/ohm/°C. A saída nominal de um sensor RTD DIN é apresentada a seguir.

0 °C	Ohms
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

Existem três classes de tolerância padrão para RTDs DIN. Essas tolerâncias são definidas da seguinte forma:

Classe A da DIN: ±(0,15 + 0,002 |T| °C) DIN
Classe B: ±(0,3 + 0,005 |T| °C) DIN
Classe C: ±(1,2 + 0,005 |T| °C)

Tipos de Elementos RTD

Ao decidir sobre o tipo de elemento RTD, considere primeiro com qual instrumento irá fazer a leitura do sensor. Escolha um tipo de elemento compatível com a entrada do sensor do instrumento. De longe, os RTDs mais comuns são os de platina de 100 ohm com coeficiente de temperatura 0,00385.

Tipo de elemento	Resistência da base em ohms	TCR (Ohm/Ohm/°C)
Platina	100 ohm a 0 °C	0,00385
Platina	100 ohm a 0 °C	0,00392
Platina	100 ohm a 0 °C	0,00375
Níquel	120 ohm a 0 °C	0,00672
Cobre	10 ohm a 25 °C	0,00427

Precisão do RTD

A precisão é uma combinação da tolerância da resistência de base (tolerância da resistência à temperatura de calibração) e coeficiente de temperatura da tolerância da resistência (tolerância na inclinação da curva característica). Qualquer temperatura acima ou abaixo dessa temperatura terá uma faixa de tolerância mais ampla ou menos precisão (veja o gráfico abaixo). A temperatura de calibração mais comum é 0 °C.

Resistência RTD em função da temperatura e precisão padrão

Fios condutores

Conexões do Sensor

Os sensores RTD estão disponíveis em diversas configurações de fios de ligação. A configuração mais comum é a de um elemento e três fios. Veja abaixo o esquemático das configurações de fios disponíveis:

Os sensores de dois fios são normalmente utilizados em aplicações em que a precisão não é fundamental. A configuração de dois fios é a medição tecnicamente mais simples, mas é inerentemente imprecisa devido à resistência dos condutores do sensor. Na configuração de dois fios, não há como compensar diretamente a resistência dos fios condutores, o que resulta em um aumento do desvio da medição da resistência.

Os sensores de três fios são construídos com um circuito de compensação para permitir que a medição elimine a resistência dos cabos. Nessa configuração, o controlador/dispositivo de medição faz duas medições. A primeira mede a resistência total do sensor e dos fios condutores de ligação. A segunda mede a resistência do loop de compensação. A resistência líquida (final) é determinada subtraindo a resistência do loop de compensação da resistência total. Os sensores de três fios, os mais comuns, são uma boa combinação de precisão e conveniência.

A configuração do sensor de quatro fios e as técnicas de medição permitem medir a resistência do sensor sem a influência dos fios de ligação. Embora essa técnica ofereça a melhor precisão, muitos controladores industriais/dispositivos de medição não podem fazer uma verdadeira medição de quatro fios.

A transição dos fios condutores do sensor para a fiação de campo normalmente é feita por uma cabeça de conexão presa ao sensor. Blocos terminais são usados para facilitar a conexão.

Efeitos dos Fios Condutores

A medição da temperatura com um RTD envolve a medição da resistência. Uma ponte de Wheatstone desequilibrada é o método mais usado para medir a resistência. Ao medir a resistência do elemento sensor, todos os fatores externos devem ser minimizados ou compensados, a fim de gerar uma leitura precisa.

Uma das principais causas de erro pode ser a resistência dos fios condutores, especialmente na configuração de dois fios.

Configuração de fiação de 2 fios

A resistência está em série com o elemento sensor; portanto, a leitura corresponde à soma das resistências do elemento sensor e dos fios de ligação. É possível utilizar RTDs de dois fios quando o elemento sensor apresenta alta resistência e os fios de ligação apresentam baixa resistência. No entanto, quando a resistência dos fios de medição é relativamente alta, ela deve ser compensada. A compensação pode ser obtida com uma configuração de três fios. Conforme mostrado no diagrama de três fios, um dos terminais da fonte de alimentação é conectado a um dos terminais do RTD por meio do L3. Isso coloca L1 e L2 em braços opostos da ponte, de modo que se anulam mutuamente e não têm efeito sobre a tensão de saída da ponte.

Configuração de fiação de 3 fios

As conexões de três condutores são recomendadas para RTDs, especialmente com um elemento sensor de baixa resistência. Nessa situação, mesmo uma pequena resistência do fio condutor pode ter um grande efeito na precisão da leitura.