Feedback hidraulica.

Definición y construcción de la sonda PT-100:

La PT100 es un sensor de temperatura. Consiste en un alambre de platino que a 0 °C tiene 100 ohms y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica. Este  sensor PT100 es el corazón sensible a la temperatura de cualquier termómetro de resistencia.

En la tecnología de la medición se ha impuesto el platino como material de resistencia. Como ventajas cuenta con una alta estabilidad química, fácil manipulación (sobre todo en la fabricación de alambre) y la purísima representación y la buena reproducibilidad de las características eléctricas. Para garantizar un intercambio universal se definen estas cualidades en la DIN 60 751. En esta norma se fijan la resistencia eléctrica y la desviación permitida en dependencia de la temperatura.

Aparte de la forma de montaje, son sus características las que básicamente determinan las propiedades técnicas de medida del sensor.

El incremento de la resistencia de la PT100  no es lineal pero si creciente y característico del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde.

Normalmente las sondas PT100 industriales se fabrican encapsuladas en la misma forma que los termopares, es decir dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina). En un extremo está el elemento sensible (Sensor RTD) y en el otro está el terminal eléctrico de los cables protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal). 

Los PT100 pueden fácilmente entregar precisiones de una décima de grado con la ventaja que la PT100 no se descompone gradualmente entregando lecturas erróneas,  si no que normalmente se abre, con lo cual el dispositivo medidor detecta inmediatamente la falla del sensor y da aviso.

Este comportamiento es una gran ventaja en usos como cámaras frigoríficas donde una desviación no detectada de la temperatura podría producir algún daño grave.

Además la PT100 puede ser colocada a cierta distancia del medidor sin mayor problema (hasta unos 30 metros) utilizando cable de cobre convencional para hacer la extensión.

Comportamiento de la Pt100 frente a la temperatura:

El material que forma el conductor(platino), posee un coeficiente de temperatura de resistenciaα, el cual determina la variación de la resistencia del conductor por cada grado que cambia su temperatura según la siguiente ecuación:

Rt = Ro(1 + α t)

Donde:

Ro= resistencia en Ω(ohms) a 0°C 

Rt = resistencia en Ω(ohms) a t°C

 t = temperatura actual 

α= coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor entre 0°C y 100°C es de 0.003850Ωx(1/Ω)x(1/°C) en la escala Práctica de Temperaturas Internacionales(IPTS-68).

A continuación se despliegan las características el Platino comparadas con otros materiales:

El platino es el elemento más indicado para la fabricación de sensores de temperatura por resistencia, ya que, como se desprende de la tabla anterior posee:

1.Alto coeficiente de temperatura.

 2.Alta resistividad, lo que permite una mayor variación de resistencia por °C. 

3.Relación lineal resistencia-temperatura.

 4.Rigidez y ductilidad lo que facilita el proceso de fabricación de la sonda de    resistencia.

 5.Estabilidad de sus características durante su vida útil. 

A continuación podemos ver dos tablas típicas:

La sonda PT 100 se caracteriza por tener un comportamiento casi lineal en función de la temperatura. Lo cual podemos observar en la siguiente tabla:

[pic 6]

Como hemos mencionado anteriormente el comportamiento de un sensor Pt100 corresponde al incremento de la resistencia en función de la temperatura que es característico del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde.

[pic 7]

En el mercado existen diferentes fabricantes de PT100, pero las tablas para la determinación de la resistencia son las mismas. Existiendo tablas bastante más extensas de las anteriormente mostradas.

Diferentes tipos de conexiones:

Existen diferentes tipos de conexionado para los PT100 dependiendo de la precisión que queramos obtener en la medición y evidentemente del coste del montaje.

Conexión de dos hilos:

El modo más sencillo de conexión (pero menos recomendado) es con solo dos hilos.

En este caso las resistencias de los cables R1 y R2 que unen la Pt100 al instrumento se suman generando un error inevitable.

El lector medirá el total R(t)+R1+R2 en vez de R(t). Lo único que se puede hacer es usar cable lo más grueso posible para disminuir la resistencia de R1 y R2 y así disminuir el error en la lectura.

[pic 8]

La electrónica de evaluación y los termómetros se comunican por un cable de dos hilos. Como cualquier conductor eléctrico, también este posee una resistencia que se encuentra conectada en serie con el sensor de temperatura. Con ello se suman las dos resistencias originándose una indicación sistemática más alta de la temperatura.

En distancias largas, la resistencia del cable conductor puede ser de varios ohmios y originar con ello un falseamiento importante del valor de medición. Para evitar este error se compensa la resistencia de la línea de forma eléctrica: la electrónica del aparato está diseñada de tal forma, que, se parte de una resistencia de línea de 10W. Al conectar la termo resistencia se conmuta una resistencia de compensación en una de las líneas de medición y se reemplaza de momento el sensor con una resistencia de 100,00W. Seguidamente se varía la resistencia de compensación hasta que el aparato indique 0°C. Esta técnica de dos hilos está en clara regresión por el trabajo de compensación comparativamente costoso que supone y por no captar la influencia de la temperatura sobre la línea de medición.

Conexión de tres hilos

El modo de conexión de 3 hilos es el más común y resuelve bastante bien el problema de error generado por los cables. El único requisito es que los tres cables tengan la misma resistencia eléctrica pues el sistema de medición se basa (casi siempre) en el "puente de Wheatstone". Por supuesto el lector de temperatura debe ser para este tipo de conexión.

[pic 9]

Las influencias de las resistencias de los cables conductores y sus oscilaciones dependientes de la temperatura se minimizan con la conexión de tres hilos: una línea adicional conduce a un contacto de la termo resistencia. Se crean así dos circuitos de medición, de los cuales uno se utiliza como referencia. Mediante la conexión de tres hilos, la resistencia de línea se deja compensar tanto en su modulo como en su dependencia de la temperatura. Condición previa es que en los tres hilos se den características idénticas y las mismas temperaturas. Como esto sucede en la mayoría de los casos con bastante exactitud, la técnica de conexión de tres hilos es hoy por hoy la más extendida. No es necesario una compensación de líneas.

Conexión de cuatro hilos:

La técnica de conexión de cuatro hilos ofrece la conexión óptima para termoresistencias. El resultado de la medición no se ve perjudicado ni por las resistencias de las líneas ni por sus oscilaciones en dependencia de la temperatura. No es necesaria una compensación de línea. A través de las líneas de alimentación se le suministra al termómetro la corriente de medición. La caída de tensión en el sensor de temperatura se toma en las líneas de medición.

[pic 10]

El método de 4 hilos es el más preciso de todos, los 4 cables pueden ser distintos (distinta resistencia) pero el instrumento lector es más costoso. Por los cables 1 y 4 se hace circular una corriente I conocida a través de R(t) provocando una diferencia de potencial V en los extremos de R(t). Los cables 2 y 4 están conectados a la entrada de un voltímetro de alta impedancia luego por estos cables no circula corriente y por lo tanto la caída de potencial en los cables Rc2 y Rc3 será cero (dV=Ic*Rc=0*Rc=0) y el voltímetro medirá exactamente el voltaje V en los extremos del elemento R(t).Finalmente el instrumento obtiene R(t) al dividir V medido entre la corriente I conocida.

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