Hacer un circuito de medidor de temperatura RTD

En esta publicación aprendemos la fabricación de un circuito medidor de temperatura RTD, y también aprendemos sobre diferentes RTD y sus principios de funcionamiento a través de fórmulas.

¿Qué es un RTD?

Un detector de temperatura RTD o de resistencia funciona detectando la diferencia o un aumento en la resistencia del metal del sensor cuando se somete a calor.

Este cambio en la temperatura del elemento al ser directamente proporcional al calor, proporciona una lectura directa de los niveles de temperatura aplicados.

El artículo explica cómo funcionan los rtds y también cómo hacer un circuito sensor de alta temperatura simple usando un dispositivo RTD casero.

Se puede obtener una lectura directa en forma de valores de resistencia variables calentando una 'bobina calefactora' ordinaria o un elemento de 'hierro'.

La resistencia, que es directamente equivalente al calor sometido, corresponde al calor aplicado y se puede medir con un ohmímetro digital ordinario. Aprende más.

Cómo funcionan los termómetros RTD

Todos los metales tienen esta propiedad fundamental en común, es decir, todos cambian su resistencia o el grado de conductancia en respuesta al calor o al aumento de temperatura. La resistencia de un metal aumenta a medida que se calienta y viceversa. Esta propiedad de los metales se explota en RTD.

La variación anterior en la resistencia del metal está obviamente relacionada con la corriente eléctrica y significa que si la corriente pasa a través de un metal que está sujeto a algún cambio de temperatura ofrecerá los niveles correspondientes de resistencia a la corriente aplicada.

Por lo tanto, la corriente también varía proporcionalmente con la resistencia variable del metal; esta variación en la salida de corriente se lee directamente a través de un medidor debidamente calibrado. Así es como funciona básicamente un termómetro RTD como sensor térmico o transductor.

Los RTD se especifican comúnmente a 100 ohmios, lo que significa que el elemento debe mostrar una resistencia de 100 ohmios a cero grados Celsius.

Los RTD generalmente se componen del metal noble Platino debido a sus excelentes características metálicas como inercia a los productos químicos, buena respuesta lineal al gradiente de temperatura versus resistencia, gran coeficiente de temperatura de resistencia, que proporciona un rango más amplio de mediciones y estabilidad (capacidad para mantener temperaturas y restringir cambio repentino).

Partes principales de un RTD

La figura anterior de un medidor de temperatura RTD simple muestra el diseño básico de un dispositivo RTD estándar. Es un tipo simple de transductor térmico que comprende los siguientes componentes principales:

Un recinto exterior, que está hecho de algún material resistente al calor, como vidrio o metal, y sellado externamente.

La carcasa anterior encierra un alambre metálico delgado que se utiliza como elemento detector de calor.

El elemento termina a través de dos cables flexibles externos que actúan como fuente de corriente para el transductor o el elemento metálico encerrado.

El elemento de alambre se coloca con precisión dentro del gabinete para que se distribuya proporcionalmente a lo largo de todo el gabinete.

¿Qué es la resistividad?

El principio de funcionamiento básico de los RTD se basa en el hecho de que la mayoría de los conductores muestran una variación lineal en su característica fundamental (conductancia o resistencia), cuando se someten a temperaturas variables.

Precisamente es la resistividad del metal la que cambia significativamente en respuesta a las variaciones de temperatura.

Esta variación en la resistividad de un metal correspondiente a los cambios de temperatura aplicados se denomina coeficiente de temperatura de resistencia o alfa y se expresa mediante la siguiente fórmula:

alfa = d (rho) / dT = dR / dT ohmios / oC (1)

donde rho es la resistividad del elemento o el alambre de metal utilizado, R es su resistencia en ohmios con una configuración especificada.

Cómo calcular la resistividad

La fórmula anterior se puede aplicar además para determinar la temperatura de un sistema desconocido a través de la expresión general de R como se da en la siguiente ecuación:

R = R (0) + alfa (0 grados + Tx), donde R (0) es la resistencia del sensor a cero grados Celsius y Tx es la temperatura del elemento.

La expresión anterior se puede simplificar y escribir como:

Tx = {R - R (0)} / alpha Por lo tanto, cuando R = R (0), Tx es = 0 grados Celsius, o cuando R> R (0), Tx> cero grados Celsius, sin embargo en R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Será importante tener en cuenta que, para lograr resultados confiables al usar RTD, la temperatura aplicada debe distribuirse uniformemente a lo largo de toda la longitud del elemento sensor; de no hacerlo, se pueden producir lecturas inexactas e inconsistentes en la salida.

Tipos de RTD

Las condiciones explicadas anteriormente se referían al funcionamiento de un RTD básico de tipo de dos cables, sin embargo, debido a muchas limitaciones prácticas, un RTD de dos cables nunca es preciso.
Para hacer que los dispositivos sean más precisos, normalmente se incorporan circuitos adicionales en forma de puente de piedra de trigo.
Estos RTD pueden clasificarse en los tipos de 3 y 4 cables.

RTD de tres cables: el diagrama muestra conexiones típicas de RTD de tres cables. Aquí, la corriente de medición fluye a través de L1 y L3 mientras que L3 se comporta como uno de los conductores potenciales.

Mientras el puente esté en condición equilibrada, no pasa corriente a través de L2, sin embargo, L1 y L3 están en brazos separados de la red de Wheatstone, las resistencias se anulan y asumen una alta impedancia a través de Eo, también se mantienen las resistencias entre L2 y L3 a valores idénticos.

El parámetro asegura el uso de un máximo de 100 metros de cable para terminar desde el sensor hasta el circuito receptor y, sin embargo, mantener la precisión dentro del 5% de los niveles de tolerancia.

RTD de cuatro cables: El RTD de cuatro cables es probablemente la técnica más eficaz para producir resultados precisos incluso cuando el rtd real se coloca a distancias lejanas de la pantalla del monitor.

El método cancela todas las discrepancias de los cables conductores para producir lecturas extremadamente precisas. El principio de funcionamiento se basa en suministrar una corriente constante a través del RTD y medir el voltaje a través de él a través de un dispositivo de medición de alta impedancia.

El método elimina la inclusión de una red puente y, sin embargo, proporciona resultados muy creíbles. La figura muestra una disposición de cableado típica de RTD de cuatro hilos, aquí se aplica una corriente constante dimensionada con precisión derivada de una fuente adecuada a través de L1, L4 y la RTD.

Un resultado proporcional está disponible directamente a través del RTD a través de L2 y L3 y se puede medir con un DVM de alta impedancia, independientemente de su distancia del elemento sensor. Aquí, L1, L2, L3 y L4, que son las resistencias de los cables, se convierten en valores insignificantes que no influyen en las lecturas reales.

Cómo hacer un sensor de temperatura alta RTD casero

Se puede diseñar una unidad de sensor de alta temperatura utilizando un 'elemento calefactor' ordinario como una bobina calefactora o un elemento de 'hierro'. El principio de funcionamiento se basa en las discusiones anteriores.

Las conexiones son simples y solo deben construirse como se muestra en el siguiente DIAGRAMA.