La sonda Pt100 desempeña un papel fundamental en la medición industrial de la temperatura de líquidos, gases y también sólidos y está disponible en diferentes versiones. Obtenga más información sobre este sensor de temperatura inteligente, su diseño y su comportamiento.
Un sensor Pt100/Pt 100 es el elemento más utilizado en los termómetros industriales y modifica su resistencia óhmica en función de la temperatura. Conectado a una unidad de evaluación, la temperatura del sensor puede determinarse a partir de la resistencia medida. El Pt100 suele denominarse también sensor Pt100 o sensor de resistencia.
Por lo general, la sonda de temperatura Pt100 se construye a partir de un chip de platino y consiste en un soporte cerámico al que se aplica una fina capa de platino mediante un proceso de pulverización catódica. Debido al grosor tan fino de la capa, también se suele utilizar el término sensores de película fina. A continuación, la capa de platino se estructura en forma de meandros mediante un proceso fotolitográfico. Los hilos de conexión se sueldan en almohadillas y estas superficies de contacto se protegen contra la tensión con una capa de vidrio. Otra capa de vidrio (fundido) actúa como capa de recubrimiento para proteger los meandros de platino de las influencias externas y sirve de aislante.
Estructura de un sensor Pt100
Comparación del tamaño de un sensor Pt100
Además, los sensores de película fina están disponibles en diseño de Dispositivo Montado en Superficie, diseño SMD por sus siglas en inglés. Estos no tienen conexiones por cable, sino que van soldados directamente a la placa de circuito a través de tapones de conexión soldables.
Estructura de un sensor Pt100 en diseño SMD
Comparación del tamaño de un sensor Pt100 en diseño SMD
"Pt" es la denominación del platino y el número 100 designa la resistencia básica de 100 ohmios a 0 °C.
A 0 °C, una sonda de temperatura Pt100 tiene una resistencia básica de 100 ohmios. Al aumentar la temperatura, el sensor modifica su resistencia en aproximadamente 0,38 ohm/kelvin (es decir, por cada °C de cambio de temperatura). La curva característica está normalizada (DIN EN 60751), por lo que las unidades de evaluación pueden determinar la temperatura del sensor a partir de la resistencia medida.
Para más información sobre la aplicación de los sensores Pt100 en termómetros eléctricos, vea el vídeo
El comportamiento de una sonda Pt100 descrito anteriormente puede leerse fácilmente en una tabla de resistencias Pt100.
Valores de referencia Pt100 de la resistencia en intervalos de 1 °C:
|
°C
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
0 |
100.000 |
100.391 |
100.781 |
101.172 |
101.562 |
101.953 |
102.343 |
102.733 |
103.123 |
103.513 |
|
10 |
103.903 |
104.292 |
104.682 |
105.071 |
105.460 |
105.849 |
106.238 |
106.627 |
107.016 |
107.405 |
|
20 |
107.794 |
108.182 |
108.570 |
108.959 |
109.347 |
109.735 |
110.123 |
110.510 |
110.898 |
111.286 |
|
30 |
111.673 |
112.060 |
112.447 |
112.835 |
113.221 |
113.608 |
113.995 |
114.382 |
114.768 |
115.155 |
|
40 |
115.541 |
115.927 |
116.313 |
116.699 |
117.085 |
117.470 |
1178.56 |
118.241 |
118.627 |
119.012 |
|
50 |
119.397 |
119.782 |
120.167 |
120.552 |
120.936 |
121.321 |
121.705 |
122.090 |
122.474 |
122.858 |
|
60 |
123.242 |
123.626 |
124.009 |
124.393 |
124.777 |
125.160 |
125.543 |
125.926 |
126.309 |
126.692 |
|
70 |
127.075 |
127.458 |
127.840 |
128.223 |
128.605 |
128.987 |
129.370 |
129.752 |
130.133 |
130.515 |
|
80 |
130.897 |
131.278 |
131.660 |
132.041 |
132.422 |
132.803 |
133.184 |
133.565 |
133.946 |
134.326 |
|
90 |
134.707 |
135.087 |
135.468 |
135.848 |
136.228 |
136.608 |
136.987 |
137.367 |
137.747 |
138.126 |
|
100 |
138.506 |
138.885 |
139.264 |
139.643 |
140.022 |
140.400 |
140.779 |
141.158 |
141.536 |
141.914 |
En el caso de los sensores de temperatura metálicos se puede utilizar un polinomio para calcular qué resistencia del sensor resulta en función de las distintas temperaturas del sensor.
La fórmula básica del polinomio de segundo orden es
R(T) = R0 x (1 + A x ϑ + B x ϑ2)
R0: Resistencia básica a 0 °C
ϑ: Temperatura en °C
A, B: Coeficientes individuales del sensor
Para un Pt100, la resistencia de base es de 100 Ω y los coeficientes son 3,9083 ×10-3 °C-1 (A) y -5,775 ×10-7 °C-2(B). Sustituida en el polinomio, la fórmula de Pt 100 es
R(T) = 100 Ω x (1 + 3.9083 ×10-3 °C-1 x ϑ - 5.775 ×10-7 °C-2x ϑ2)
La fórmula es válida para temperaturas positivas.
También existen sensores de platino con resistencias básicas como 1000 ohmios (a 0 °C). También se pueden producir otras resistencias nominales, pero son poco frecuentes.
La tecnología de película fina permite realizar mediciones en un rango de -70 a +600 °C.
Las tolerancias también se especifican en la norma. Para las resistencias de película fina, existen clases de tolerancia o clases de precisión Pt100 desde F 0,1 (alta precisión) hasta F 0,6 (baja precisión). La tolerancia o desviación límite se determina según la norma insertando la temperatura de medición en la fórmula correspondiente.
| Pt100 accuracy classes | |
|---|---|
| Clases de tolerancia | Desviación de los límites [K] |
| F 0,1 | ±(0,1 + 0,0017 x ItI) |
| F 0,15 | ±(0,15 + 0,002 x ItI) |
| F 0,3 | ±(0,3 + 0,005 x ItI) |
| F 0,6 | ±(0,6 + 0,01 x ItI) |
He aquí dos ejemplos:
Determinación de la tolerancia para un sensor de clase F 0,1 y una temperatura de medición de 100 °C:
±(0,1+0,0017 x I100I= ± 0,27 K (corresponde a ±0,27 °C)
Determinación de la tolerancia para un sensor de clase F 0,3 y una temperatura de medición de 400 °C:
±(0,3+0,005 x I400I= ± 2,3 K (corresponde a ±2,3 °C)
Los sensores Pt100 son muy estables a largo plazo, lo que se explica principalmente por el material de resistencia platino. La curva característica de los sensores está normalizada. Si la curva característica está disponible en una unidad de evaluación, la evaluación de la señal de temperatura es posible. Debido a la estandarización, la adquisición de piezas de repuesto para los sensores o termómetros montados resulta de lo más sencilla.
Los sensores de temperatura con chip de platino existen desde la década de 1980. Sustituyeron en gran medida a los sensores Pt100 con bobinado de hilo de platino utilizados hasta entonces. El bobinado de estos sensores está fundido en vidrio (sensor de vidrio) o alojado en orificios en un tubo de cerámica (sensor de cerámica).
Estructura de un sensor de vidrio
Estructura de un sensor cerámico
Con estos sensores es posible realizar mediciones de hasta 800 °C. En aplicaciones especiales, los sensores de hilo se siguen utilizando hoy en día (por ejemplo, en laboratorios). Sin embargo, normalmente se utilizan los sensores de temperatura de chip de platino descritos anteriormente.
