RTD

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RTD (thin film)
RTD (cubierta cerámica)
sonda de medida
sonda de medida

Un RTD (del inglés: resistance temperature detector) es un detector de temperatura resistivo, es decir, un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Su símbolo es el siguiente, en el que se indica una variación lineal con coeficiente de temperatura positivo.

Símbolo RTD

Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitación, y mayor resistencia.

La variación de la resistencia puede ser expresada de manera polinómica como sigue a continuación. Por lo general, la variación es bastante lineal en márgenes amplios de temperatura.

 R = R_0 \cdot (1+\alpha \cdot \Delta T) \,\!

donde:

  • R_0 es la resistencia a la temperatura de referencia T_0
  • \Delta T es la desviación de temperatura respecto a T_0 (\Delta T = T - T_0)
  • \alpha es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 °C, interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura


Los materiales empleados para la construcción de sensores RTD suelen ser conductores tales como el cobre, el níquel o el platino. Las propiedades de algunos de éstos se muestran en la siguiente tabla:

Parámetro Platino (Pt) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Molibdeno (Mo)
Resistividad (\mu \Omega cm) 10.6 1.673 6.844 5.7
\alpha (\Omega / \Omega /K) 0.00385 0.0043 0.00681 0.003786
R_0 (\Omega) 25, 50, 100, 200 10 50, 100, 120 100, 200, 500
margen (°C) -200 a +850 -200 a +260 -80 a +230 -200 a +200

De todos ellos es el platino el que ofrece mejores prestaciones, como:

  • alta resistividad… para un mismo valor óhmico, la masa del sensor será menor, por lo que la respuesta será más rápida
  • margen de temperatura mayor
  • alta linealidad
  • sin embargo, su sensibilidad (\alpha) es menor

Un sensor muy común es el Pt100 (RTD de platino con R=100 \Omega a 0 °C). En la siguiente tabla se muestran valores estándar de resistencia a distintas temperaturas para un sensor Pt100 con \alpha = 0.00385 K^{-1}.

Temperatura (°C)) 0 20 40 60 80 100
Resistencia (\Omega) 100 107.79 115.54 123.24 130.87 138.50

Ventajas de los RTD[editar]

  • Márgen de temperatura bastante amplio.
  • Proporciona las medidas de temperatura con mayor exactitud y repetitividad.
  • El valor de resistencia del RTD puede ser ajustado con gran exactitud por el fabricante (trimming), de manera que su tolerancia sea mínima. Además, éste será bastante estable con el tiempo.
  • Los RTD son los más estables con el tiempo, presentando derivas en la medida del orden de 0.1 °C/año.
  • La relación entre la temperatura y la resistencia es la más lineal.
  • Los sensores RTD tienen una sensibilidad mayor que los termopares. La tensión debida a cambios de temperatura puede ser unas diez veces mayor.
  • La existencia de curvas de calibración estándar para los distintos tipos de sensores RTD (según el material conductor, R_0 y \alpha), facilita la posibilidad de intercambiar sensores entre distintos fabricantes.
  • A diferencia de los termopares, no son necesarios cables de interconexión especiales ni compensación de la unión de referencia.

Inconvenientes de los RTD[editar]

  • Dado que el platino y el resto de materiales conductores tienen todos una resistividad muy baja, para conseguir un valor significativo de resistencia será necesario devanar un hilo de conductor bastante largo, por lo que, sumando el elevado coste de por sí de estos materiales, el coste de un sensor RTD será mayor que el de un termopar o un termistor.
  • El tamaño y la masa de un RTD será también mayor que el de un termopar o un termistor, limitando además su velocidad de reacción.
  • Los RTD se ven afectados por el autocalentamiento.
  • Los RTD no son tan durables como los termopares ante vibraciones, golpes…
  • No tener en cuenta la resistencia de los hilos de interconexión puede suponer un grave error de medida. Por ejemplo, para un Pt100 con \alpha = 0.00385 \Omega/K, la variación de resistencia será de 0.385 \Omega/°C. Para el circuito de la figura:
Efecto de la resistencia de los hilos de interconexión

La resistencia de 10 \Omega introducida por el conexionado supondrá un error de (10 \Omega)/(0.385 \Omega/°C) = 26 °C. Por ello, será necesario utilizar técnicas de medida más complejas, como por ejemplo, la medida a cuatro hilos.

Medida a cuatro hilos

En definitiva, los RTD son los más apropiados para aplicaciones en las que la exactitud de la medida es crítica mientras que la velocidad y el coste son menos importantes.

A continuación se indica error de medida (en temperatura y en resistencia) para distintos tipos de sensores Pt100 (a 0°C) según la norma IEC 751:1995 :

Clase 2B ±0,60°C ±0,24 Ω
Clase B ±0,30°C ±0,12 Ω
Clase A ±0,15°C ±0,06 Ω
Clase 1/3B ±0,10°C ±0,04 Ω
Clase 1/5B ±0,06°C ±0,02 Ω
Clase 1/10B ±0,03°C ±0,01 Ω

Véase también[editar]

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