Detectores de temperatura resistivos (RTD).

Parte 1

Otro tipo de sensor de temperatura de resistencia eléctrica es el detector de temperatura de resistencia o RTD . Los RTD son sensores de temperatura de precisión hechos de metales conductores de alta pureza como el platino, el cobre o el níquel enrollados en una bobina y cuya resistencia eléctrica cambia en función de la temperatura, similar a la del termistor. También están disponibles los RTD de película delgada. Estos dispositivos tienen una película delgada de pasta de platino que se deposita sobre un sustrato de cerámica blanca.

detector de temperatura resistiva

Una RTD resistiva

Los detectores de temperatura resistivos tienen coeficientes de temperatura positivos (PTC), pero a diferencia del termistor, su salida es extremadamente lineal y produce mediciones de temperatura muy precisas.

Sin embargo, tienen una sensibilidad térmica muy baja, es decir, un cambio en la temperatura solo produce un cambio de salida muy pequeño, por ejemplo, 1Ω / o C.

Los tipos más comunes de RTD se fabrican en platino y se denominan termómetro de resistencia de platino o PRT , y el sensor Pt100, que tiene un valor de resistencia estándar de 100Ω a 0 ° C , tiene el más común disponible . El inconveniente es que Platinum Es costoso y una de las principales desventajas de este tipo de dispositivo es su costo.

Al igual que el termistor, los RTD son dispositivos de resistencia pasiva y al pasar una corriente constante a través del sensor de temperatura es posible obtener una tensión de salida que aumenta linealmente con la temperatura. Un RTD típico tiene una resistencia de base de aproximadamente 100 ° C a 0 ° C, aumentando a aproximadamente 140 ° C a 100 ° C con un rango de temperatura de funcionamiento de entre -200 a +600 ° C.

Debido a que el RTD es un dispositivo resistivo, necesitamos pasar una corriente a través de ellos y monitorear el voltaje resultante. Sin embargo, cualquier variación en la resistencia debida al propio calentamiento de los cables resistivos a medida que la corriente fluye a través de él,  I 2 R  , (Ley de Ohmios) causa un error en las lecturas. Para evitar esto, el RTD generalmente se conecta a una red de Wheatstone Bridge que tiene cables de conexión adicionales para la compensación de cables y / o la conexión a una fuente de corriente constante.

El termopar

El termopar es, con mucho, el tipo más utilizado de todos los tipos de sensores de temperatura. Los termopares son populares debido a su simplicidad, facilidad de uso y su velocidad de respuesta a los cambios de temperatura, debido principalmente a su pequeño tamaño. Los termopares también tienen el rango de temperatura más amplio de todos los sensores de temperatura desde menos de -200 o C hasta más de 2000 o C.

Los termopares son sensores termoeléctricos que básicamente consisten en dos uniones de metales diferentes, como el cobre y el constantán, que están soldados o engarzados juntos. Una unión se mantiene a una temperatura constante denominada la unión de referencia (fría), mientras que la otra la unión de medición (caliente). Cuando las dos uniones están a diferentes temperaturas, se desarrolla un voltaje en la unión que se utiliza para medir el sensor de temperatura como se muestra a continuación.

Construcción de termopares

sensor de temperatura del termopar

El principio de funcionamiento de un termopar es muy simple y básico. Cuando se fusionan, la unión de los dos metales diferentes, como el cobre y la constante, produce un efecto “termoeléctrico” que proporciona una diferencia de potencial constante de solo unos pocos milivoltios (mV) entre ellos. La diferencia de voltaje entre las dos uniones se denomina “efecto Seebeck” ya que se genera un gradiente de temperatura a lo largo de los cables conductores que producen una fem. Entonces, la tensión de salida de un termopar es una función de los cambios de temperatura.

Si ambas uniones están a la misma temperatura, la diferencia de potencial entre las dos uniones es cero, en otras palabras, no hay salida de voltaje como V 1  = V 2 . Sin embargo, cuando las uniones están conectadas dentro de un circuito y ambas están a diferentes temperaturas, se detectará una salida de voltaje en relación con la diferencia de temperatura entre las dos uniones, V 1  – V 2 . Esta diferencia en el voltaje aumentará con la temperatura hasta que se alcance el nivel máximo de voltaje de las uniones y esto se determinará por las características de los dos metales diferentes que se utilizan.

Los termopares se pueden fabricar con una variedad de materiales diferentes que permiten medir temperaturas extremas de entre -200 o C y más de +2000 o C. Con una selección tan amplia de materiales y rango de temperatura, los estándares reconocidos internacionalmente se han desarrollado completos con códigos de color de termopares para permitir al usuario elegir el sensor de termopares correcto para una aplicación en particular. El código de color británico para termopares estándar se proporciona a continuación.

Códigos de color de termopar

Sensores de termopar Códigos de color Cables de extensión y compensación
Tipo de códigoConductores (+/-)SensibilidadBS británico 1843: 1952
miNíquel Cromo / Constantan-200 a 900 o C
JHierro / Constantan0 a 750 o C
KNíquel Cromo / Níquel Aluminio-200 a 1250 o C
norteNicrosil / Nisil0 a 1250 o C
TCobre / Constantan-200 a 350 o C
UCompensación de cobre / níquel-cobre para “S” y “R”0 a 1450 o C

Los tres materiales de termopar más comunes utilizados anteriormente para la medición de temperatura general son Hierro-Constantan (Tipo J), Cobre-Constantan (Tipo T) y Níquel-Cromo (Tipo K). El voltaje de salida de un termopar es muy pequeño, solo unos pocos milivoltios (mV) para un cambio de 10 ° C en la diferencia de temperatura y, debido a este pequeño voltaje de salida, generalmente se requiere alguna forma de amplificación.

Amplificación de termopar

amplificador de sensor de temperatura

El tipo de amplificador, ya sea discreto o en la forma de un amplificador operacional, debe seleccionarse cuidadosamente, ya que se requiere una buena estabilidad a la deriva para evitar la recalibración del termopar a intervalos frecuentes. Esto hace que el amplificador tipo helicóptero e instrumentación sea preferible para la mayoría de las aplicaciones de detección de temperatura.

Otros tipos de sensores de temperatura que no se mencionan aquí incluyen, sensores de empalme de semiconductores, sensores de radiación térmica y infrarrojos, termómetros de tipo médico, indicadores y tintas o tintes que cambian de color.

En este tutorial sobre “Tipos de sensores de temperatura”, hemos visto varios ejemplos de sensores que se pueden usar para medir cambios en la temperatura. En el siguiente tutorial veremos los sensores que se utilizan para medir la cantidad de luz, como fotodiodos, fototransistores, células fotovoltaicas y la resistencia dependiente de la luz.