Elementos RTD de platino
Durante más de 100 años, debido a su alta pureza y características fisicoquímicas muy especiales, el platino se ha utilizado como el mejor material base para los sensores de temperatura. Los sensores que utilizan este metal precioso cumplen casi de manera ideal los requisitos necesarios para un funcionamiento perfecto y fiable durante muchos años de servicio.
Entre las ventajas de utilizar platino como material sensor, podemos destacar su alta estabilidad, repetibilidad y la posibilidad de operar de forma muy lineal dentro de un amplio rango de operación (-200 °C a + 850 °C y llegando a +1.000 °C en algunos casos especiales).
Infomación técnica
Las ventajas de las propiedades especiales del platino, cuando se utiliza en sensores de temperatura, son evidentes cuando se compara con sensores que utilizan otros materiales como semiconductores (KTY®) o Termistores (NTC):
Entre las ventajas podemos mencionar:
-
Alta precisión
-
Deriva baja
-
Histéresis baja
-
Vida útil extremadamente larga
-
Señal de alta salida y, en consecuencia, fácil manejo electrónico
-
Amplio rango de temperatura de -200 a 1000 °C
-
Curva dR/dT muy lineal
-
Alta repetibilidad
-
Totalmente intercambiable
-
Alta resistencia al choque térmico
-
Excelente estabilidad en cualquier rango operativo
Los sensores de platino generalmente se configuran en 100 ohmios a 0 °C.
Por esta razón, los RTD de platino se denominan comúnmente sensores Pt 100, aunque los RTD de platino con valores de resistencia a 0 °C de 25, 500, 1000 y hasta 10,000 Ohm están disponibles en el mercado, según la aplicación y la tecnología de fabricación.
La curva típica de los sensores industriales de platino tiene un coeficiente nominal de 0.3850 Ohm/K, sin embargo, existen otros coeficientes que también se pueden utilizar, como 0.3916 Ohm/K, 0.3750 Ohm/K y 0.3925 Ohm/K.
Principio de funcionamiento del sensor de platino
Los sensores de temperatura que utilizan platino tienen el principio de funcionamiento de cambiar la resistencia eléctrica en función de la variación de temperatura. Tal aumento de la resistencia eléctrica provoca una curva específica que se puede definir matemáticamente.
Esta curva específica está definida y aceptada internacionalmente por la Norma IEC 60751 que determina el α del platino (Alfa):
Las tecnologías de construcción RTD de platino más utilizadas industrialmente se pueden dividir básicamente en dos categorías: cerámica (CWW) o película plana.
donde Rt es la resistencia a 100 °C y Ro es la resistencia a 0 °C.
Por convención, escribimos el coeficiente de temperatura del sensor de platino como:
La curva estándar se forma a partir de la ecuación de Callendar Van-Dussen, que define la resistencia en función de la temperatura de la siguiente manera:
Para -200 ≤ t <0 ° C:
Donde
t = temperatura ITS-90 en ° C
Rt = Resistencia a temperatura t en Ω
Ro = Resistencia a 0 ° C en Ω
y la constante:
Para t ≥ 0 ° C:
Para realizar el cálculo inverso, es decir, calcular la temperatura (°C) en función de la resistencia, debemos utilizar las ecuaciones proporcionadas por la Norma ASTM E1137/E1137M:
Para t <0 ° C:
Donde
t = temperatura ITS-90 en ° C
Rt = resistencia a la temperatura t en Ω
Ro = resistencia a 0 ° C en Ω
El constante:
A = 3.9083 3 10−3 ° C − ¹
B = −5,775 3 10−7 ° C − ²
D1 = 255,819 ° C
D2 = 9.14550 ° C
D3 = -2,92363 ° C
D4 = 1.79090 ° C
Para t ≥ 0 ° C:
Estándares y tolerancias
Como se indicó anteriormente, los RTD se especifican por sus correspondientes coeficientes de temperatura, y para eso existen algunos estándares.
En las últimas décadas, la tendencia mundial fue adoptar el estándar IEC 60751 como estándar. Los rangos de temperatura, así como las clases de tolerancia en la Norma, se basan en la experimentación práctica con elementos sensores RTD, fabricados con dos tecnologías:
Valores de tolerancia: los valores de tolerancia de RTD se clasifican en dos tablas distintas según la tecnología de fabricación. Cada tabla, a su vez, se divide en cuatro clases de tolerancia según los valores que se muestran a continuación.
| t |, módulo de temperatura en ° C
Tolerancias especiales
También hay dos clases de tolerancia que no se han estandarizado hasta ahora. Sin embargo, IEC 60751 acepta estas clases especiales siempre que el fabricante y el usuario acuerden la provisión de RTD con estas tolerancias. Las clases especiales más aceptadas utilizadas en el mercado mundial son 1/5 y 1/10 de los valores de W0.3, respectivamente, W0.06 ± (0.06 + 0.001 | t |) y W0.03 ± (0.03 + 0,0005 | t |).
​
Además de las tolerancias, las clases especiales también pueden definir rangos de temperatura de trabajo más amplios, que pueden cubrir valores de -200 a +900 °C, según el fabricante y la tecnología de fabricación.
Corriente de medición:
La corriente de medida de un RTD, según la norma IEC 60751, debe limitarse a un valor cuyo autocalentamiento (expresado en °C/mW), sea como máximo el 25% del valor de tolerancia de clase en las condiciones de corriente máxima.
​
La corriente de medición habitual no es superior a 1 mA para un sensor cerámico de 100 Ω.
Configuración de cables de conexión:
Los sensores montados con una clase de tolerancia W0.3 o F0.3 deben conectarse a la electrónica con una configuración de 3 o 4 cables. Los sensores montados también pueden presentar una construcción con uno o dos sensores RTD.
Para ambos casos, la norma IEC 60751 define los ajustes de conexión:
Aislamiento de los sensores de temperatura ensamblados:
El aislamiento de los sensores montados debe seguir un estándar mínimo; de lo contrario, un aislamiento deficiente puede causar inestabilidad en la lectura del sensor. Los valores requeridos por la norma frente a la temperatura son los siguientes:
Tecnologías de fabricación y RTD:
Las tecnologías de construcción RTD de platino más utilizadas industrialmente se pueden dividir básicamente en dos categorías: cerámica (CWW) o película plana.
Cada tecnología tiene sus características y aplicaciones típicas. La característica principal del sensor cerámico es la construcción clásica, en la que se aloja una bobina de platino dentro de un tubo cerámico de alta pureza. Por otro lado, la película plana del sensor se caracteriza por una fina capa de platino en forma de meandro, aplicada sobre un sustrato cerámico de alta pureza.