Tipos de Sensores de Temperatura: Termorresistencias (RTD)
Las Termorresistencias (RTD – Resistance Temperature Detector) consisten en una película o un cable de un material resistivo, generalmente Níquel, Cobre o Platino. Estas resistencias varían con la temperatura a la que son sometidos, siendo esta variación aproximadamente lineal.
Dentro de los modelos más precisos y confiables se encuentran las RTD de Platino, también llamadas PRT (Platinum Resistance thermometers) entre las más conocidas se encuentran las PT100 (100 por su resistencia característica a cero grados Celsius), les siguen las PT1000 (uso industrial) y las PT25 generalmente en modelos de alta exactitud.
Características en cuanto a la conexión
Como toda resistencia pueden conectarse a 2, 3 y 4 hilos dependiendo su uso.
2 hilos
Se utiliza la conexión de 2 hilos para aminorar costos cuando no se requiere mayor precisión.
3 hilos
Es la opción intermedia entre 2 y 4 hilos. Su elección dependerá del uso, el tipo de sensor y los requerimientos de medida.
4 hilos
Se utiliza cuando las mediciones se vuelven más exigentes y es necesario disminuir el aporte resistivo de los cables.
Características en cuanto a la construcción
Hilo enrollado:
Este tipo de RTD puede ser extremadamente preciso, pero es frágil y no es adecuado para la mayoría de aplicaciones industriales.
Espiral:
El hilo se coloca en espiras sobre una base cerámica y se rellena con polvo no conductor. Los RTDs de elemento en espiral suelen estar protegidos por una cubierta metálica y se utilizan en aplicaciones industriales.
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Capa fina:
Características en cuanto a sus Tolerancias:
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Industriales:
Muchos fabricantes ofrecen especificaciones que superan la clase AA. Se las describe como DIN 1/3, DIN 1/5 o incluso DIN 1/10, donde el número corresponde a una fracción de la tolerancia definida para tipo B en la IEC 60751.
De Alta Exactitud
- RTD Semi Estándar
Son sensores de calidad aún superior. De calidad de patrón primario. Son más resistentes que las SPRT pero poseen características comparables.
Estos tipos de sensores se suelen utilizar con ecuaciones de Callendar Van Dusen o Coeficientes ITS-90. Ambos métodos generan polinomios con coeficientes que describen el comportamiento de cada sensor individualmente, minimizando así las correcciones.
- RTD Estándar (SPRT – Standard Platinum Resistance Thermometer)
Son las más precisas, poseen las mejores especificaciones del mercado, son muy sensibles a golpes y cambios bruscos en temperatura. Por lo que su manipulación debe ser cuidadosa y evitar traslados innecesarios.
Utilizan ecuaciones de Calledar Van Dusen o ITS-90 para determinar el comportamiento de cada sensor individualmente, siendo para el caso preferible las ITS-90 ya que están directamente vinculados a fenómenos físicos de muy baja incertidumbre: los puntos fijos de temperatura.
Errores en la Medición
Son fenómenos existentes que cobran relevancia a medida que requerimos mayor exactitud.
Inmersión
Se vuelve apreciable al requerir mayores exactitudes. Se asume una inmersión de entre 15 y 20 veces el diámetro del sensor para minimizar el efecto. Debido a ello, las sondas de mayor exactitud suelen ser de mayor longitud.
Radiación
En los sensores de cuarzo o vidrio el vidrio conduce radiación desde y hasta el elemento lo cual modifica su temperatura. En el caso de sensores con vaina de acero o inconel este factor es nulo.
Golpes mecánicos y vibraciones
Los golpes mecánicos y las vibraciones causan deriva de las RTDs, ya que el cable de platino se dobla y cambia su estructura con lo cual cambia su resistencia. A pesar de su apariencia robusta, las RTDs de acero deben tratarse con tanto cuidado como las de cuarzo o vidrio.
Expansión térmica
En algunos casos el platino y la sustancia que lo mantiene en su lugar (en general cerámica) pueden expandir en distinta forma, lo cual lleva a una deformación temporal del cable. Esto puede dar lugar a una histéresis y a una deriva. Muchos de los errores debido a expansión térmica y vibraciones pueden corregirse con recocido (llevar el sensor a su máxima temperatura y dejar por un tiempo ahí y luego bajar la temperatura lentamente).
Contaminación
RTDs sometidas a temperaturas mayores a 250°C son más susceptibles a contaminación. El error más común es la migración de metales desde la vaina al cable de platino incrementando la resistencia del elemento. Para evitar este daño los fabricantes crean una capa de óxido en el interior de la vaina pasando oxígeno o aire.
Corriente de fuga
A altas temperaturas la resistencia de los aisladores comienza a cambiar y se produce una pérdida de corriente por fuga. A bajas temperaturas la humedad produce una resistencia de aislación menor. Para calcular este efecto se puede suponer que son 2 resistencias en paralelo.
Interferencia electromagnética
Son corrientes o tensiones que se originan fuera del circuito de medición. Transmisiones de radios o TVs, motores, cables de alta tensión o transformadores pueden ser fuentes de esta interferencia. La forma de disminuir este problema es colocar los equipos para la medición de temperatura lo más lejos posibles de fuentes que generen interferencia electromagnética, trenzar los cables o usar mallas para protegerlos.
Autocalentamiento
La corriente de medición atraviesa el sensor RTD generando ligero calentamiento del sensor. Cuanto mayor es la corriente y más tiempo permanece activa, mayor será el calentamiento del sensor. También influyen la estructura del sensor y su resistencia térmica a su entorno. Por ello la corriente de medición suele ser máximo de 1 mA, pero puede reducirse hasta 100 μA o incluso menos. El autocalentamiento no debe exceder del 25 % de la especificación de tolerancia del sensor según las normas.
Histéresis
Diferencia entre valores de salida correspondientes a la misma entrada, según la trayectoria seguida por el sensor.
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