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Pt100: Operación e Instalación

Este particular tipo de RTD (Dispositivo Termo Resistivo) consiste en un alambre de platino que a 0°C tiene 100 ohms y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica. El incremento de la resistencia no es lineal, pero sí creciente y característico del platino, de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde.

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Si bien son levemente más costosas y no tan rígidas mecánicamente, las Pt100 superan a las termocuplas en aplicaciones de bajas temperaturas (-100 a 200°C). Pueden fácilmente entregar precisiones de una décima de grado, con la ventaja de que no se descompone gradualmente, entregando lecturas erróneas, sino que normalmente se abre, con lo cual el dispositivo medidor detecta inmediatamente la falla del sensor y da aviso. Este comportamiento es un importante beneficio en aplicaciones como cámaras frigoríficas, donde una desviación no detectada de la temperatura podría producir algún daño grave.

Además, este sensor puede ser colocado a cierta distancia del medidor sin mayor problema (hasta unos 30 mt), utilizando cable de cobre convencional para hacer la extensión.


Conexión de la Pt100

Para determinar exactamente la resistencia eléctrica R(t) del elemento sensor de platino sin que influya en la lectura la resistencia de los cables Rc, existen tres modos de conexión para las Pt100, requiriendo cada uno de ellos un instrumento lector distinto.

Con 2 hilos: El modo más sencillo de conexión (pero menos recomendado) es con sólo dos cables. En este caso, las resistencias de los cables Rc1 y Rc2 -que unen la Pt100 al instrumento- se suman generando un error inevitable. El lector medirá el total R(t)+Rc1+Rc2 en vez de R(t). Lo único que se puede hacer es usar el cable más grueso posible para disminuir la resistencia de Rc1 y Rc2 y así disminuir el error en la lectura (ver Figura 1).

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Figura 1.

Con 3 hilos: El modo de conexión de 3 hilos es el más común y resuelve bastante bien el problema de error generado por los cables (ver Figura 2). 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.

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Figura 2.

En el caso particular de los instrumentos Arian, se hace pasar una corriente conocida a través de los cables azul y verde, con lo cual el instrumento mide 2Rc. Luego mide la resistencia por los cables café y azul para finalmente restarle 2Rc al valor medido y obtener R(t).

Con 4 hilos: 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 (ver Figura 3).

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Figura 3.

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. 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.


Autocalentamiento y corriente de excitación

Cualquiera que sea el método de conexión, se debe hacer pasar una cierta corriente I por el elemento sensor de modo de poder medir su resistencia. Esta corriente I (llamada "corriente de excitación") la suministra el instrumento lector y es del orden de 0,1 a 2 mA, dependiendo del modelo y marca del equipo.

Un problema que puede ocurrir es que la "corriente de excitación" genere por efecto Joule (P=I*I*R) un calentamiento del elemento sensor aumentando su temperatura y produciendo así un error en la lectura. Este problema es más pronunciado mientras más pequeña sea la Pt100 (menor capacidad de disipación del calor generado) y a la vez mientras se esté midiendo en un medio menos conductor de calor. Por ejemplo, este error es mayor cuando se mide temperatura en el aire que cuando se la mide en el agua. Valores típicos del error producido en un Pt100 son del orden de 0,5°C por miliwatt generado cuando la Pt100 está en aire sin circular y 0,05°C con la misma Pt100 en agua.

La potencia de autocalentamiento depende del cuadrado de la corriente de excitación. Luego, mientras menor sea esta corriente, mucho menor será el efecto.


Precauciones

Se deben tener ciertas precauciones de limpieza y protección en la instalación de los Pt100 para prevenir errores por fugas de corriente. En general, no se debe montar un Pt100 en lugares sometidos a mucha vibración, pues es probable que se fracture. Además, es frecuente que cables en ambientes muy húmedos se deterioren y se produzca un paso de corriente entre ellos a través de humedad condensada. Aunque mínima, esta corriente "fugada" hará aparecer en el lector una temperatura menor que la real. Estas fugas también pueden ocurrir en óxido, humedad o polvo que cubre los terminales.

Por la descripción hecha de los métodos de medición, queda claro que a diferencia de las termocuplas, no es posible conectar dos unidades lectoras a un mismo Pt100, pues cada una suministra su corriente de excitación.

En el momento de comprar un Pt100, se debe tener presente que existen distintas calidades y precios para el elemento sensor que va en el extremo del Pt100. Los de mejor calidad están hechos con un verdadero alambre de platino, en tanto que existen algunos sensores económicos (y menos precisos) hechos en base a una pintura conductora sobre un substrato de alumina (cerámica).

Si desea contar con las tablas de equivalencia entre resistencia y temperatura, ingrese a http://www.arian.cl/espanol/support.htm

Artículo gentileza de Arian S.A.  -  www.arian.cl
Octubre 2010
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