DIPLOMO INTRUMENTACION Y CONTROL EN PLANTAS DE PROCESOS

MODULO 1

TAREA: RTD RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR

1. INTRODUCCION

Los detectores de temperatura resistivos (RTD; Resistive Temperature Detector) son los sensores de

temperatura ms estables y precisos. Su rango de medida es menor que el del termopar, abarcando de

200 C a 800 C. Por ejemplo, el RTD de platino es el ms estable y preciso detector de temperatura en el

rango 0-500 C. El material de fabricacin hace variar el rango de medida respecto del anterior pero no de

forma apreciable. En consecuencia, estos transductores se emplean en aplicaciones que requieren alta

precisin y repetitividad, como control de calidad de alimentos y aplicaciones farmacuticas.

La precisin suele expresarse como un porcentaje de la resistencia nominal a una temperatura dada. Por

ejemplo, la IEC (International Electrotechnical Commission) especifica un RTD de clase B como 100 W

0,12 % a 0 C. Sin embargo, la calibracin debe llevarse a cabo a dos temperaturas suficientemente

espaciadas en el rango de operacin del sensor.

El principio operativo del RTD consiste en que la resistencia de la mayora de los metales aumenta con la

temperatura. Un metal apto para aplicaciones con el RTD debera poseer las siguientes caractersticas:

Elevada resistividad, con el fin de economizar material.

Cambio en la resistividad con la temperatura adecuado a la resolucin deseada y lineal para

simplificar el mecanismo de conversin.

Propiedades mecnicas que hacen el dispositivo fiable.

La mayora de los RTD son de platino porque, adems de verificar las anteriores caractersticas, es un

material muy resistente a la contaminacin y sus propiedades se mantienen a muy largo plazo.

2. Objetivos

El objetivo de esta tarea es demostrar la diferencia entre un RTD de 2, 3 y 4 hilos y como se puede verificar

la integridad de un RTD.

3. DESARROLLO

A diferencia de los termopares, los RTDs no necesitan una referencia para su conexin a una unidad de

medida. A pesar, de que parece fcil su conexin a un multmetro hay que considerar que no se trata de

medir la resistencia simplemente y luego convertir a temperatura, sino que se requiere la adopcin de

medidas para mediciones de baja resistencia.

Existen tres tipos de termoresistencias, de acuerdo a su construccin y cableado:

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de dos hilos

de tres hilos

de cuatro hilos

Como ya se haba mencionado, la evaluacin, del valor de la resistencia Rt, se hace en un puente de

Wheastone, entonces es aqu, donde se hace importante la diferencia entre ambos tipos de

termoresistencias.

Para las primeras, de dos hilos o bifilar, ser necesario estimar la longitud del conductor del puente a la

resistencia en el punto de toma del proceso, para poder calcular el valor de la resistencia.

Para las de tres hilos o trifilar, si adems, ajustamos el puente de tal forma que R1/R2=1, y como la longitud

por lado de conductor se hace igual, podremos ajustar el valor de la resistencia R3 para equilibrio, y ese

ser directamente el valor de la resistencia x.

Dado que en equilibrio la ecuacin del puente ser:

R1 / (R3 + K * a) = R2 / (x + K * b)

Segn siguiente esquema de conexin:

3.1. Circuito RTD dos hilos o bifilar

La RTD simple reemplaza uno de los elementos del puente y causa un desbalance y as como tambin

cambios de resistencia. La salida se lee directamente o es usada para manejar otro circuito en el transmisor.

Si la RTD est localizada a una distancia desde el transmisor y puente entonces esta conduce por los dos

hilos cuando un material ms econmico es usado para conectar la RTD al puente.

Una de las limitaciones de la RTD de dos hilos es que los hilos conductores aadidos a la resistencia del

circuito pueden causar errores de lectura.

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Figura 1 - Circuito RTD dos hilos o bifilar

Al tratarse de un transductor de muy baja resistencia, la conexin con dos hilos a un multmetro lleva

asociada un error debido a las resistencias de los hilos de conexin.

Por ejemplo, una Pt-100 conectada a un multmetro con dos cables de resistencia de 1 W produce el error

de temperatura siguiente:=

= 2

0,00385% 100

= 2

0,00385

100= 5,1948 5

Esto hace que tradicionalmente formen parte de un puente de Wheatstone con un mtodo de tres hilos y

excitacin de tensin, o una configuracin de cuatro hilos con excitacin de corriente.

3.2. Circuito RTD tres hilos o trifilar

La tensin medida en el multmetro es:

= 2

Para ayudar a eliminar el error introducido por los hilos conectores se usa comnmente una RTD de tres

hilos con este propsito los efectos de la resistencia de cada uno de los hilos conductores son eliminados

por el puente debido a que cada uno es la conexin opuesta del puente. El tercer hilo es un conductor de

equilibrio. Para minimizar el error se emplea la configuracin de tres hilos de la figura 2, en la que se reduce

a la mitad la resistencia parsita de los hilos.

Los tres hilos unidos no eliminan todos los efectos de los hilos conductores, pero debido a que los sensores

estn localizados justamente cercanos a los transmisores, los efectos de los hilos conductores son

pequeos y la aproximacin provee una exactitud razonable.

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Figura 2 - Circuito RTD tres hilos o trifilar

La siguiente expresin permite obtener la resistencia del RTD en funcin del resto de los parmetros del

circuito:

= ( + ) ( + 2 2

)

Para obtenerla basta con calcular la tensin VR y luego aplicar =

2. Como se observa, esta

configuracin tampoco elimina el error de hilos de conexin. A tal fin se emplea la configuracin de cuatro

hilos.

3.3. Circuito RTD cuatro hilos o cuatrifilar

La va ms efectiva para eliminar los efectos de los hilos conductores es con cualquiera de las versiones

de cuatro hilos. Es una aproximacin que no requiere puente como se indica en la figura siguiente, en este

mtodo una corriente constante es conectada a dos de los hilos de la RTD, la cada de voltaje en la RTD

es medida en los otros dos conductores, la cada de voltaje es independiente de los efectos de los hilos

conductores.

Figura 3 - Circuito RTD cuatro hilos o cuatrifilar

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En la figura anterior se muestra la configuracin de medida de cuatro hilos, que consigue eliminar el error

asociado a los hilos de conexin. Como se aprecia, se emplea una fuente de corriente de polarizacin en

lugar de una fuente de tensin. Por tanto, el valor del RTD es:

=

Para minimizar los errores por autocalentamiento la corriente por el RTD no debe superar 1 mA. En

consecuencia, la tensin medida no debe superar 0,01 V en una Pt-100.