¿Qué es un sensor de detección de temperatura con resistencia térmica RTD??

Los detectores de temperatura de resistencia o RTD pueden ser tipos simples de sensores de temperatura. Estos dispositivos funcionan según el principio de que la resistencia de un metal cambia con la temperatura. Los metales puros generalmente tienen un coeficiente de temperatura positivo de resistencia, lo que significa que su resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Los RTD operan en un amplio rango de temperatura de -200 °C a +850 ° C y ofrecer alta precisión, Excelente estabilidad a largo plazo, y repetibilidad.

MAX31865 RTD Detector de temperatura de resistencia del platino PT100 & PT1000

Transmisor de temperatura RTD PT100 DC24V menos 50 ~ 100 calificación

Sonda del sensor de temperatura RTD PT100 para horno

En este artículo, Discutiremos las compensaciones del uso de RTDS, los metales utilizados en ellos, los dos tipos de RTD, y cómo se comparan los RTD con los termopares.

Antes de sumergirnos en, Echemos un vistazo a un diagrama de aplicación de ejemplo para comprender mejor los conceptos básicos de RTD.

RTD Application Diagram Example

RTDs are passive devices that do not generate an output signal on their own. Cifra 1 shows a simplified RTD application diagram.

Circuit Diagram for RTD Application Example.jpeg

Cifra 1. RTD application diagram example.

The excitation current I1 passes through the temperature-dependent resistance of the sensor. This produces a voltage signal that is proportional to the excitation current and the resistance of the RTD. The voltage across the RTD is then amplified and sent to an ADC (analog-to-digital converter) to produce a digital output code that can be used to calculate the RTD temperature.

Tradeoffs of Using RTD Sensors – Advantages and Disadvantages of RTD Sensors

Antes de sumergirnos en, it is important to note that the details of RTD signal conditioning will be covered in a future article. Para este artículo, Quiero resaltar algunas compensaciones básicas al usar circuitos RTD.

Primero, Tenga en cuenta que la corriente de excitación generalmente se limita a alrededor 1 MA para minimizar los efectos de autocalación. Cuando la corriente de excitación fluye a través del RTD, genera calefacción i2r o julio. Los efectos de autocalación pueden elevar la temperatura del sensor a valores por encima de la temperatura ambiente que en realidad se está midiendo. Reducir la corriente de excitación puede reducir el efecto de autocalación. También vale la pena mencionar que el efecto autocalentable depende del medio en el que se sumerge el RTD. Por ejemplo, Un RTD colocado en el aire fijo puede experimentar efectos de autocalación más significativos que un RTD inmerso en agua que fluye.

Para un cambio de temperatura detectable dado, El cambio en el voltaje RTD debe ser lo suficientemente grande como para superar el ruido del sistema, así como las compensaciones y las derivaciones de diferentes parámetros del sistema.. Dado que el autocalentamiento limita la corriente de excitación, Necesitamos usar un RTD con una resistencia lo suficientemente grande, generando así un gran voltaje para el bloque de procesamiento de señal posterior. Mientras que una gran resistencia RTD es deseable para reducir los errores de medición, No podemos aumentar arbitrariamente la resistencia porque una resistencia RTD más grande da como resultado un tiempo de respuesta más lento.

Metales RTD: Diferencias entre platino, Oro, y RTD de cobre

En teoría, Se puede usar cualquier tipo de metal para construir un RTD. El primer RTD inventado por CW Siemens en 1860 usado un alambre de cobre. Sin embargo, Siemens pronto descubrió que los RTD de platino produjeron resultados más precisos en un rango de temperatura más amplio.

Hoy, Los RTD de platino son los sensores de temperatura más utilizados para la medición de la temperatura de precisión. Platinum tiene una relación lineal de resistencia a la temperatura y es muy repetible en un gran rango de temperatura. Además, Platinum no reacciona con la mayoría de los gases contaminantes en el aire.

Además de platino, Otros dos materiales RTD comunes son el níquel y el cobre. Mesa 1 Proporciona los coeficientes de temperatura y la conductividad relativa de algunos metales RTD comunes.

High Temp Pt100 Platino de resistencia térmica Sensor de explosión a prueba de explosión

WZP-130 231 Sensor de temperatura PT100 resistencia al platino de acero inoxidable

Sensor de temperatura de resistencia térmica PT100 para rodamientos

Mesa 1. Coeficientes de temperatura y conductividad relativa de metales RTD comunes. Datos proporcionados por BAPI

In the previous section, we discussed how larger RTD resistance can reduce measurement errors. Copper has a higher conductivity (or equivalently, lower resistance) than platinum and nickel. For a given sensor size and excitation current, a copper RTD can produce a relatively small voltage. Por lo tanto, copper RTDs can be more challenging to measure small temperature changes. Además, copper oxidizes at higher temperatures, so the measurement range is also limited to -200 a +260 °C. Despite these limitations, copper is still used in some applications due to its linearity and low cost. Como se muestra en la figura 2 below, of the three common RTD metals, copper has the most linear resistance-temperature characteristic.

Resistance vs. Temperature Characteristics of Nickel, Cobre, and Platinum RTDs.jpeg

Cifra 2. Resistance vs. temperature characteristics of nickel, cobre, and platinum RTDs. Image courtesy of TE Connectivity

El oro y la plata también tienen resistencia relativamente baja y rara vez se usan como elementos RTD. Nickel tiene una conductividad cercana a la de Platinum. Como se puede ver en la figura 2, Nickel ofrece un cambio en la resistencia para un cambio dado en la temperatura.

Sin embargo, Nickel ofrece un rango de temperatura más bajo, mayor no linealidad, y mayor deriva a largo plazo que el platino. Además, La resistencia del níquel varía de un lote a otro. Por estas limitaciones, El níquel se usa principalmente en aplicaciones de bajo costo, como productos de consumo.

Los RTD de platino comunes son PT100 y PT1000. Estos nombres describen el tipo de metal utilizado en la construcción del sensor. (Platino o PT) y la resistencia nominal en 0 °C, que es 100 Ω para PT100 y 1000 Ω para tipos PT100 y PT1000, respectivamente. Los tipos de PT100 eran más populares en el pasado; sin embargo, today the trend is toward higher resistance RTDs, as higher resistance provides greater sensitivity and resolution at little or no additional cost. RTDs made from copper and nickel use similar naming conventions. Mesa 2 lists some common types.

Mesa 2. RTD types, materials, and temperature ranges. Data provided by Analog Devices

In addition to the type of metal used, the mechanical structure of the RTD also affects sensor performance. RTDs can be divided into two basic types: thin film and wirewound. These two types will be discussed in the following sections.

Thin Film vs. Wirewound RTDs

To further our discussion of RTDs, let’s explore two types: thin film and wirewound.

Thin Film RTD Basics

Thin Film RTD Display Structure.jpeg

The structure of the thin film type is shown in Figure 3(a).

Cifra 3. Ejemplos de RTD de película delgada, dónde (a) muestra la estructura y (b) muestra los diferentes tipos generales. Imagen (modificado) cortesía de los evosensores

En una película delgada RTD, Se deposita una capa delgada de platino en un sustrato de cerámica. Esto es seguido por recocido y estabilización de muy alta temperatura., y una capa de vidrio protectora delgada que cubre todo el elemento. El área de recorte que se muestra en la figura 3(a) se usa para ajustar la resistencia fabricada a un valor objetivo especificado.

Los RTD de película delgada dependen de una tecnología relativamente nueva que reduce significativamente el tiempo de ensamblaje y los costos de producción. En comparación con el tipo de alambre, que exploraremos en profundidad en la siguiente sección, Los RTD de película delgada son más resistentes al daño por choque o vibración. Además, Los RTD de película delgada pueden acomodar grandes resistencias en un área relativamente pequeña. Por ejemplo, a 1.6 mm por 2.6 El sensor MM proporciona suficiente área para producir una resistencia de 1000 Oh. Debido a su pequeño tamaño, Los RTD de película delgada pueden responder rápidamente a los cambios de temperatura. Estos dispositivos son adecuados para muchas aplicaciones de propósito general.. Las desventajas de este tipo son una estabilidad a largo plazo relativamente pobre y un rango de temperatura estrecha.

Wirewound RTDs

Construcción de un rtd de alambre

Cifra 4. Descripción general de la construcción de un rtd básico de WireWound. Imagen cortesía de PR Electronics

Este tipo de RTD se realiza con toparse una longitud de platino alrededor de un núcleo de cerámica o vidrio. Todo el elemento generalmente está encapsulado dentro de un tubo de cerámica o de vidrio para fines de protección.. Los RTD con núcleos de cerámica son adecuados para medir temperaturas muy altas. Los RTD de WireWound son generalmente más precisos que los tipos de película delgada. Sin embargo, son más caros y más fácilmente dañados por la vibración.

Para minimizar cualquier tensión en el cable de platino, El coeficiente de expansión térmica del material utilizado en la construcción del sensor debe coincidir con el del platino. Los coeficientes de expansión térmica idéntica minimizan los cambios de resistencia causados ​​por el estrés a largo plazo en el elemento RTD, mejorando así la repetibilidad y la estabilidad del sensor.

RTD VS. Propiedades termopar

Para concluir esta conversación sobre los sensores de temperatura RTD, Aquí hay una breve comparación entre los sensores RTD y ThermoCouple.

Un termopar produce un voltaje que es proporcional a la diferencia de temperatura entre sus dos uniones. Los termopares tienen auto-alimentación y no requieren excitación externa, Mientras que las mediciones de temperatura basadas en RTD requieren una corriente de excitación o voltaje. La salida de termopar especifica la diferencia de temperatura entre las uniones frías y calientes, Por lo tanto, se requiere una compensación de la unión fría en las aplicaciones de termopar. Por otro lado, No se requiere una compensación de la unión fría para las aplicaciones RTD, dando como resultado un sistema de medición más simple.

Los termopares se usan típicamente en el -184 °C a 2300 ° C Rango, mientras que los RTD pueden medir desde -200 °C a +850 °C. Aunque los RTD son generalmente más precisos que los termopares, son aproximadamente de dos a tres veces más caros que los termopares. Otra diferencia es que los RTD son más lineales que los termopares y exhiben una estabilidad superior a largo plazo. Con termopares, Los cambios químicos en el material del sensor pueden reducir la estabilidad a largo plazo y hacer que la lectura del sensor se deriva.