Existen multitud de sondas de temperatura RTD diferentes. Las más comunes son las sondas de temperatura RTD con cabeza de terminal o con cable de conexión. Una sonda de temperatura RTD con cabezal de conexión tiene un diseño modular: Se compone del inserto de medición, la vaina, el cabezal de conexión y el zócalo de conexión en su interior, y posiblemente bridas o racores de compresión. Sólo la parte de la sonda de temperatura RTD designada como sensor de temperatura, en la que se monta, se ve directamente afectada por la variable medida. En el caso de las sondas de temperatura RTD con cable de conexión, no es necesario el inserto de medición ni la cabeza terminal. La sonda de temperatura se conecta directamente al cable de conexión y se introduce en la vaina. Para aliviar la tensión, el extremo del termopozo se enrolla o presiona varias veces (clase de protección IP65). El espacio entre la vaina y el sensor de temperatura se suele rellenar con un material térmico conductor para mejorar el contacto térmico con el medio de medición. La temperatura máxima de medición viene determinada principalmente por la resistencia a la temperatura del material de revestimiento y aislamiento del cable de conexión.
RTD son las siglas de "Resistant Temperature Detector" (detector de temperatura por resistencia) y se refiere a un sensor de temperatura que hace uso de la interacción de la resistencia óhmica y la temperatura. Por ello, el sensor también se denomina termómetro de resistencia. Dependiendo de la aplicación, los RTD están disponibles con diferentes elementos de resistencia.
Los sensores de temperatura con chip de platino se utilizan generalmente en las RTD. Desde el punto de vista del usuario, el platino ofrece la gran ventaja de ser muy estable a largo plazo. Normalmente se utiliza un sensor Pt100. La denominación "Pt" corresponde al platino y el número "100" a una resistencia base de 100 Ω a 0 °C. La resistencia del Pt100 aumenta unos 0,38 Ω por cada Kelvin de aumento de temperatura. Los sensores de temperatura Pt1000 también se utilizan en aplicaciones industriales. En este caso, las características eléctricas son diez veces mayores (resistencia base de 1000 Ω y coeficiente de temperatura de unos 3,8 Ω/ Kelvin).
Sensor Pt100 como parte de un termómetro de resistencia
Los cambios de temperatura tienen un efecto directo sobre la resistencia eléctrica de un conductor metálico , lo que permite obtener conclusiones sobre la temperatura. El valor o coeficiente de temperatura de los sensores de platino (aprox. 0,38 %/Kelvin) se basa en las propiedades físicas del platino; las resistencias básicas son el resultado de las especificaciones. La curva característica está fijada en la norma DIN EN 60751, por lo que la aplicación de las RTD es relativamente sencilla. La RTD se conecta a una unidad de evaluación y el dispositivo de campo determina la resistencia óhmica. Normalmente, los dispositivos de campo disponen de linealizaciones como Pt100 y Pt1000, tras lo cual el dispositivo determina la temperatura del sensor a partir de la resistencia óhmica. Para más información sobre el diseño y el funcionamiento de los termómetros de resistencia, vea el vídeo.
Existen multitud de sondas de temperatura RTD diferentes. Las más comunes son las sondas de temperatura RTD con cabeza de terminal o con cable de conexión.
Una sonda de temperatura RTD con cabezal de conexión tiene un diseño modular: Se compone del inserto de medición, la vaina, el cabezal de conexión y el zócalo de conexión en su interior, y posiblemente bridas o racores de compresión. Sólo la parte de la sonda de temperatura RTD designada como sensor de temperatura, en la que se monta, se ve directamente afectada por la variable medida.
En el caso de las sondas de temperatura RTD con cable de conexión, no es necesario el inserto de medición ni la cabeza terminal. La sonda de temperatura se conecta directamente al cable de conexión y se introduce en la vaina. Para aliviar la tensión, el extremo del termopozo se enrolla o presiona varias veces (clase de protección IP65). El espacio entre la vaina y el sensor de temperatura se suele rellenar con un material térmico conductor para mejorar el contacto térmico con el medio de medición. La temperatura máxima de medición viene determinada principalmente por la resistencia a la temperatura del material de revestimiento y aislamiento del cable de conexión.
Estructura de una RTD: 1 = sensor, 2 = línea interior, 3 = línea de conexión
El cabezal de conexión contiene una toma de conexión para fijar el cable de conexión. El termómetro se fija mediante una brida. Los termómetros de este tipo permiten medir hasta 600 °C y se utilizan con frecuencia en la construcción de hornos.
Los sondas de temperatura de rosca permiten la terminación hermética del proceso. En el caso de estos termómetros con cable de conexión, la temperatura máxima está limitada por el cable. Pueden medirse temperaturas máximas de unos 400 °C.
Las sondas de superficie tienen la ventaja de que no requieren una conexión al proceso. Miden la temperatura de una superficie y permiten obtener conclusiones sobre la temperatura del medio en un sistema de tuberías o un depósito. Sin embargo, medir con precisión no es posible con ellas.
Sonda de inserción con cabezal de conexión
Sensor de temperatura de rosca con cable de conexión
Sensor de contacto
Para facilitar el montaje/desmontaje de los termómetros de rosca, a menudo es útil obtenerlos con un conector de clavija. Los sistemas de conexión que se muestran a continuación se utilizan con frecuencia.
Conector de máquina M12 × 1 de 4 polos según IEC 60947-5-2
Conector según DIN EN 175301
Los insertos de medición son unidades preparadas que constan de un sensor de temperatura y una base de conexión, por lo que el sensor de temperatura se coloca en un tubo de inserción de 6 u 8 mm de diámetro fabricado en SnBz6 según la norma DIN 17 681 (hasta 300 °C) o en níquel. Se inserta en el tubo de protección propiamente dicho, que suele ser de acero inoxidable.
La resistencia eléctrica de las sondas de temperatura RTD cambia en función de la temperatura. Para detectar la señal de salida, se mide la caída de tensión provocada por una corriente de medición constante.
Existen 3 tipos de conexión: a dos hilos, a tres hilos y a cuatro hilos.
En la técnica de dos hilos, la electrónica de evaluación y el sensor de temperatura se conectan con un cable de dos hilos. En la técnica de tres hilos, se lleva un cable adicional a un contacto de la sonda de temperatura RTD. De este modo se forman dos circuitos de medición, uno de los cuales se utiliza como referencia. La técnica de cuatro hilos ofrece la posibilidad de conexión más óptima para las sondas de temperatura RTD. El resultado de la medición no se ve afectado por las resistencias de los cables ni por sus fluctuaciones dependientes de la temperatura.
Dispositivo de campo con conexión a dos hilos
Con la conexión de tres hilos, un hilo adicional conecta el sensor de resistencia a la unidad de evaluación. La unidad de evaluación mide la caída de tensión en el sensor de resistencia y en los conductores de conexión (UM). Con la ayuda del tercer hilo, la unidad de evaluación determina adicionalmente la caída de tensión en uno de los hilos conductores (UL½ ). El doble de esta tensión se resta de UM y así se determina la caída de tensión en el sensor de resistencia. Si todos los conductores tienen la misma resistencia, no se produce ningún error por las resistencias de línea y la resistencia del sensor se determina sin error. La conexión de tres hilos resulta adecuada para la mayoría de las aplicaciones.
Dispositivo de campo con conexión de tres hilos
En la conexión de cuatro hilos, el cuarto hilo se utiliza para determinar la tensión exacta en el sensor de resistencia.
Dispositivo de campo con conexión de cuatro hilos
De este modo, el valor de la resistencia se determina siempre con exactitud, aunque las resistencias del cable o de los terminales sean diferentes. Se utiliza para requisitos de alta precisión, como en los sensores de referencia o termómetros de resistencia en el ámbito de los laboratorios.
Como cualquier otro conductor eléctrico, la línea entre la sonda de temperatura y la electrónica de evaluación tiene una resistencia que se conecta en serie con el sensor de temperatura. Esto significa que las dos resistencias se suman, lo que da lugar a una lectura de temperatura sistemáticamente más alta. A mayores distancias, la resistencia de la línea puede ascender a varios ohmios y provocar una considerable falsificación del valor medido. Para evitar los problemas de la tecnología de dos hilos descritos anteriormente y poder prescindir de los cables multifilares, se utilizan transmisores de dos hilos: El transmisor convierte la señal del sensor en una señal de corriente normalizada y lineal a la temperatura de 4 ... 20mA. El transmisor también se alimenta a través de los dos cables de conexión, utilizando una corriente de reposo de 4 mA. Debido al punto cero elevado, también se denomina "cero de vida". El transmisor de dos hilos también ofrece la ventaja de reducir significativamente la sensibilidad a las interferencias mediante la amplificación de la señal. Existen dos diseños para la colocación del transmisor. Dado que la distancia de la señal no amplificada debe mantenerse lo más corta posible para reducir la susceptibilidad de la señal a las interferencias, puede montarse directamente en el termómetro en su cabezal de conexión. Sin embargo, esta solución óptima se contradice a veces con las condiciones de diseño o con el hecho de que el transmisor puede ser difícil de alcanzar en caso de avería. En este caso, se utiliza un transmisor para montaje en carril en el armario de distribución. Sin embargo, la ventaja de un mejor acceso se ve compensada por una mayor distancia que debe recorrer la señal no amplificada.
Con el circuito de tres hilos, la resistencia de los conductores puede compensarse tanto en su magnitud como en su dependencia de la temperatura. Sin embargo, los requisitos previos para los tres núcleos son propiedades idénticas y las mismas temperaturas a las que están expuestos. Dado que esto se cumple con suficiente precisión en la mayoría de los casos, la tecnología de tres hilos es la más común hoy en día. La compensación de líneas no es necesaria.
