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RTD

 

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 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
 
Rango de temperatura
Alfa
Comentarios
Pt
-200 ° C a 260 ° C
0.00427
Bajo coste
Mo
-200 ° C a 200 ° C
0.00300 
0.00385
Bajo costo alternativo al platino en los rangos de temperatura inferiores
Ni
-80 ° C a 260 ° C
0.00672
Bajo costo, rango limitado de temperaturas
Ni-Fe
-200 ° C a 200 ° C
0.00518
Bajo coste
Pt
-240 ° C a 660 ° C
0.00385 
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:

 

Estándar
Alpha 
ohmios / ohmios / ° C
0
ohmios
Coeficientes polinomiales
Países
IEC751
(Pt100)
0.00385055
100
200 ° C 
a = 3.90830x10 -3
yb =-5.77500x10 -7
c =-4.18301x10 -12
0 ° C 
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.
SAMA 
RC-4
0.0039200
98.129
a = 3.97869x10 -3
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.

Clase de Tolerancia
Ecuación Tolerancia (° C)
Clase A
± (0,15 + 0,002 |. T |)
Clase B
± (0,30 + 0,005 |. T |)
Clase C
± (0,40 + 0,009 |. T |)
Clase D
± (0,60 + 0,0018 |. T |)

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)
± 2.5 ° C 
(-40 ° C a 150 ° C)
A-92 o el tubo roscado
Película metálica sobre un sustrato de silicio
KTY81 
KTY82 
KTY83 
KTY84 
KTY85
1K o 2K a 25 ° C, 0,8% / ° C 
Ver debajo
± 6 ° C a ± 12 ° C 
(-55 ° C a 150 ° C 
a algunos a 300 ° C)
SOD-70, 
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
± 1 ° C y ± 3,5 ° C 
(-50 ° C a 150 ° C)
TO-92 
modificado
Resistencia a granel de silicio.
32.208243 millones 
32.209.115
como para Pt100 y Pt1000
± 1 ° C 
(-50 ° C a 130 ° C)
1206 SMD 
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 ]


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 6

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