Medición de temperatura con RTD y PT100 es un método para inferir la temperatura a partir del cambio predecible de la resistencia eléctrica de un metal puro, más comúnmente el platino. Los detectores de temperatura por resistencia (RTD) son el sensor de referencia para la temperatura de proceso desde aproximadamente -200 °C hasta 850 °C, el rango en el que la precisión y la estabilidad a largo plazo importan más que la velocidad de respuesta. Comprender la relación resistencia-temperatura, la configuración de cableado y la clase de tolerancia es esencial para especificar un sensor que realmente proporcione la precisión que necesita un proceso.
El platino, como la mayoría de los metales puros, tiene una resistencia eléctrica que aumenta casi linealmente con la temperatura. Un elemento de resistencia de precisión se enrolla o deposita en un patrón conocido para que su resistencia a cualquier temperatura pueda predecirse a partir de una curva estándar. Hacer pasar una pequeña corriente de excitación estable a través del elemento y medir la caída de tensión proporciona un valor de resistencia que un transmisor convierte en una lectura de temperatura mediante la ecuación de Callendar-Van Dusen. Debido a que la relación es una propiedad física del metal más que una frágil curva de calibración, los RTD mantienen su precisión durante años si el elemento no sufre daños mecánicos o químicos.
El "PT" designa platino; el número es la resistencia nominal en ohmios a 0 °C. Un PT100 marca 100,00 ohmios a 0 °C; un PT1000 marca 1000,00 ohmios a 0 °C. Ambos siguen el mismo coeficiente de temperatura, por lo que un PT1000 simplemente produce diez veces el cambio de señal por grado.
El coeficiente de temperatura de la resistencia, alfa, define el cambio fraccionario promedio de la resistencia por grado Celsius entre 0 °C y 100 °C. Dos curvas dominan el uso industrial:
Mezclar curvas en la configuración de un transmisor es una causa común de una lectura de temperatura que está sistemáticamente desviada varios grados a pesar de que el sensor mida correctamente en el punto de calibración. Confirme siempre que el valor de alfa coincida entre sensor y transmisor, no solo el valor base PT100/PT1000.
Como un RTD mide resistencia, cualquier resistencia en los cables de conexión se suma directamente al valor medido a menos que el circuito la compense. El cable de cobre tiene una resistencia de alrededor de 0,08 ohmios por metro para un conductor de 0,5 mm², y esa resistencia cambia con la temperatura ambiente a lo largo del tendido del cable, añadiendo deriva adicional.
| Configuración | Compensación del error de los conductores | Impacto típico en la precisión | Uso común |
|---|---|---|---|
| 2 hilos | Ninguna; la resistencia de los conductores se añade directamente a la lectura | En un PT100 (alfa 0,00385), cada ohmio de resistencia total de los conductores desplaza la lectura aproximadamente 2,6 °C; un tramo de 1,2 ohmios (unos 50 m de cobre de calibre ligero ida y vuelta) puede añadir 3 °C de error | Tiradas cortas, HVAC de bajo coste, sensores PT1000 donde la fracción de error es pequeña |
| 3 hilos | Cancelación tipo puente asume resistencia igual en dos conductores | Error residual solo por desajuste entre conductores; típicamente pequeño cuando ambos conductores están emparejados en longitud y sección | Estándar para transmisores de procesos industriales |
| 4 hilos | Medición Kelvin completa elimina la resistencia de los conductores de la medición por completo | Error por conductores cercano a cero, limitado solo por la precisión del transmisor | Laboratorios de calibración, transferencia de custodia, bucles de proceso críticos |
Para cualquier tendido más allá de unos pocos metros en un PT100, 3 hilos es el mínimo práctico. 4 hilos se reserva para mediciones de referencia porque el conductor extra rara vez justifica su coste en puntos de proceso de rutina.
IEC 60751 define clases de tolerancia que indican la desviación permisible máxima respecto a la curva estándar a una temperatura dada. La tolerancia no es un número fijo; se amplía con la temperatura.
| Clase | Fórmula de tolerancia (°C) | Tolerancia a 0 °C | Tolerancia a 400 °C |
|---|---|---|---|
| Clase AA (1/3 DIN) | ±(0,10 + 0,0017 × |t|) | ±0,10 °C | ±0,78 °C |
| Clase A | ±(0,15 + 0,002 × |t|) | ±0,15 °C | ±0,95 °C |
| Clase B | ±(0,30 + 0,005 × |t|) | ±0,30 °C | ±2,30 °C |
La Clase B es la predeterminada general en la industria y es adecuada para la mayoría de los lazos de control. Se especifica Clase A o AA donde se requieren bandas de control estrechas o exactitud para transferencia de custodia, por ejemplo en la salida de un calentador de combustión o un skid de medición fiscal. Los elementos Clase AA suelen costar más y son más sensibles al estrés de instalación, por lo que sobredimensionar la tolerancia en un lazo no crítico añade coste sin beneficio.
La corriente de excitación utilizada para medir la resistencia también disipa potencia en el elemento (I²R), elevando su temperatura ligeramente por encima del proceso que mide. El autocalentamiento se caracteriza por una constante de disipación en mW/°C, que varía ampliamente con la construcción del elemento, el diseño de la vaina y si el sensor está en un fluido de movimiento rápido o en aire inmóvil; los sensores industriales bien montados en líquidos en flujo típicamente disipan más potencia por grado de autocalentamiento (constante más alta) que un elemento desnudo en aire quieto. En líquidos con buena transferencia de calor, el error por autocalentamiento suele estar por debajo de 0,05 °C; en aire inmóvil o con una vaina de mala conductividad puede superar 1 °C. Mantener la corriente de excitación baja (normalmente por debajo de 1 mA) y asegurar un buen contacto térmico entre la punta del sensor y el proceso, incluyendo la profundidad de inmersión correcta y un termopozo bien ajustado, mantiene este error en un nivel despreciable. Un mal ajuste del termopozo es también una de las causas más comunes de respuesta térmica lenta y desfase en la lectura detectadas durante la revisión de monitorización de condición de una planta.
Introducir la señal de un RTD en un sistema de monitorización vinculado a un GMAO permite al equipo de mantenimiento trazar la deriva real del sensor a lo largo del tiempo en lugar de reaccionar solo cuando una lectura parece obviamente errónea. Cuando se detecta una deriva sostenida o una lectura fuera de tolerancia, una orden de trabajo generada automáticamente en una plataforma como Solicitar una demostración de Fabrico dirige las tareas de calibración o sustitución antes de que la desviación afecte a la calidad del producto o desencadene una parada.
Los RTD y los termopares resuelven el mismo problema con diferentes compromisos, y la elección suele reducirse a rango, precisión y tiempo de respuesta.
Para el control de procesos general entre -200 °C y 500 °C donde la precisión y la estabilidad a largo plazo aportan valor, un RTD es casi siempre la opción por defecto más adecuada.
Ambos usan la misma curva resistencia-temperatura de platino y las mismas opciones de coeficiente, pero un PT100 marca 100 ohmios a 0 °C mientras que un PT1000 marca 1000 ohmios a 0 °C. El PT1000 produce un cambio de resistencia mayor por grado, lo que hace que el error por resistencia de los conductores en una conexión de 2 hilos sea mucho menos significativo en tiradas largas de cable.
La causa más común es un desajuste del coeficiente alfa: configurar un transmisor para 0,00392 cuando el sensor instalado usa el estándar IEC 60751 de 0,00385, o viceversa. Esto produce un error dependiente de la temperatura que crece al alejarse de 0 °C aunque el sensor en sí esté sano.
Sí, para la gran mayoría de los lazos industriales. El cableado de tres hilos cancela la resistencia de los conductores siempre que ambos conductores estén emparejados en longitud y sección, dejando solo un pequeño error residual. 4 hilos se reserva para aplicaciones de calibración o transferencia de custodia.
La Clase B (±0,30 °C a 0 °C, ampliándose con la temperatura) es adecuada para el monitorizado general de procesos y la mayoría de los lazos de control. La Clase A o AA debe especificarse solo cuando la banda de control sea estrecha o la medida alimente un cálculo fiscal o crítico para la seguridad, ya que las clases más estrictas cuestan más y son más sensibles al estrés mecánico durante la instalación.
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