Termopar y RTD

Un termopar es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña (del orden de los milivoltios), esta es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado «punto caliente» o «unión caliente» o de «medida» y el otro llamado «punto frío» o «unión fría» o de «referencia» (efecto Seebeck).

Un RTD (Resistance Temperature Detector) es un detector de temperatura resistivo, es decir, está basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. 

Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitación, y mayor resistencia.

La variación de la resistencia puede ser expresada de manera polinómica como sigue a continuación. Por lo general, la variación es bastante lineal en márgenes amplios de temperatura.

El termopar suele soportar mayores temperaturas, mientras que la RTD es más precisa para un rango dado. Nosotros vamos a trabajar un una PT100, un tipo de RTD, que puede colocarse hasta a 30m de distancia del DAQ.

¿Qué es una PT100?

Es un sensor de temperatura que consiste en un alambre de platino que tiene 100 Ohms a 0ºC y que aumenta su resistencia eléctrica al aumentar la temperatura. El incremente de la resistencia no es lineal pero si creciente y característico del platino, de tal forma que mediante una tabla es posible encontrar la temperatura exacta.

Existen 3 modos de conexión para las PT100, cada uno de ellos requiero un instrumento lector distinto: 2 hilos, 3 hilos y 4 hilos. En nuestro caso será de 3 hilos.

El modo de conexión de 3 hilos es el más común y resulve bastante bien el problema generado por los cables (las resistencias de los cables se unen al sistema generando un error inevitable).

El único requisito es que los tres cables tengan la misma resistencia, pues el sistema de medición se basa en el "puente de Wheatstone".

Puente de Wheatstone

Un puente de Wheatstone se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

En el esquema se tiene Rx, que es la resistencia cuyo valor se quiere determinar; R1, R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R2 es ajustable para fijar el punto de equilibro. Si la relación de las dos resistencias del brazo conocido (R1/R2) es igual a la relación de las dos del brazo desconocido (R3/Rx), el voltaje entre los puntos D y B será nulo y no circulará corriente a través del galvanometro VG. En caso de desequilibrio, la dirección de la corriente en el galvanometro indica si R2 es demasiado alta o demasiado baja. El valor de voltaje de la fuente de tensión (Vs) es indiferente y no afecta la medición.

Para efectuar la medida se varía la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de equilibrio. La detección de corriente nula se puede hacer con gran precisión mediante el galvanometro VG.

Ciruito para RTD de 3 hilos

Siguiendo el esquema superior, R1 y R3 son iguales a R (conocida y de valor muy alto). R2 será R0 o  resistencia a la temperatura de referencia, 100Ohm. Al conectar la PT100, como tiene 3 cables, uno irá a R0 (azul), otro al punto B (café) y el último (verde) a la referencia de la fuente. Denominaremos Rx a la resistencia de los cables.

Ahora, operando obtenemos una fórmula para Rt (Rx en el dibujo):