O engenheiro

Jun 21, 2023

Jellenie Rodriguez, engenheira de aplicações e Mary McCarthy, engenheira de aplicações, dispositivos analógicos.

Este artigo discute a história e os desafios de projeto para projetar um sistema de medição de temperatura baseado em detector de temperatura por resistência (RTD). Também cobre a seleção de RTD e compensações de configuração. Finalmente, detalha a otimização e avaliação do sistema RTD.

A medição de temperatura desempenha um papel importante em muitas aplicações finais diferentes, como automação industrial, instrumentação, CbM e equipamentos médicos. Seja monitorando as condições ambientais ou corrigindo o desempenho do desvio do sistema, alta exatidão e precisão são muito importantes. Existem vários tipos de sensores de temperatura que podem ser usados, como termopares, detectores de temperatura de resistência (RTDs), sensores eletrônicos de gap e termistores. O sensor de temperatura selecionado junto com o projeto depende da faixa de temperatura que está sendo medida e da precisão necessária. Para temperaturas na faixa de –200°C a +850°C, os RTDs oferecem uma excelente combinação de alta precisão e boa estabilidade.

Os desafios incluem:

Para um RTD, a resistência do sensor varia em função da temperatura de uma maneira definida com precisão. Os RTDs mais utilizados são os de platina Pt100 e Pt1000, que estão disponíveis em configurações de 2 fios, 3 fios e 4 fios. Outros tipos de RTD são feitos de níquel e cobre.

Tipo de IDT

Materiais

Faixa

Pt100, Pt1000

Platina (numérico é resistência a 0°C)

–200°C a +850°C

Pt200, Pt500

Platina (numérico é resistência a 0°C)

–200°C a +850°C

Cu10, Cu100

Cobre (numérico é resistência a 0°C)

–100°C a +260°C

Ni120

Níquel (numérico é resistência a 0°C)

–80°C a +260°C

Os RTDs Pt100 mais comuns podem assumir dois formatos diferentes: fio enrolado e filme fino. Cada tipo é construído com diversas curvas e tolerâncias padronizadas. A curva padronizada mais comum é a curva DIN. DIN significa “Deutsches Institut für Normung”, que significa “Instituto Alemão de Padronização”.

A curva define as características de resistência versus temperatura de um sensor de platina 100Ω, as tolerâncias padronizadas e a faixa de temperatura operacional. Isto define a precisão do RTD começando com uma resistência de base de 100Ω a uma temperatura de 0°C. Existem diferentes classes de tolerância padrão para RTDs DIN. Essas tolerâncias são mostradas na Tabela 2 e também se aplicam aos RTDs Pt1000 que são úteis em aplicações de baixa potência.

Tipo de Sensor

Classe DIN

Tolerância

@ 0°C

Tolerância @ 50°C

Tolerância @ 100°C

IDT Pt100

Filme Fino

Classe B

±0,30°C

±0,55°C

±0,80°C

IDT Pt100

Filme Fino

Classe A

±0,15°C

±0,25°C

±0,35°C

IDT Pt100

Fio enrolado/filme fino

1/3 Classe B

±0,1°C

±0,18°C

±0,27°C

Tanto o próprio RTD quanto sua precisão devem ser considerados ao selecionar o sensor RTD. A faixa de temperatura varia com o tipo de elemento, e a precisão indicada na temperatura de calibração (geralmente a 0°C) varia com a temperatura. Assim, é importante definir a faixa de temperatura que está sendo medida e levar em consideração que qualquer temperatura abaixo ou acima da temperatura de calibração terá maior tolerância e menor precisão.

Os RTDs são categorizados pela sua resistência nominal a 0°C. Um sensor Pt100 possui um coeficiente de temperatura de aproximadamente 0,385Ω/°C e um Pt1000 possui um coeficiente de temperatura que é um fator 10 maior que o Pt100. Muitos projetistas de sistemas usam esses coeficientes para obter uma resistência aproximada à conversão de temperatura, mas as equações de Callendar-Van Dusen fornecem uma tradução mais precisa.

A equação para temperatura t ≤ 0°C é

A equação para temperatura t ≥ 0°C é

onde: