SISTEMAS DE CONTROL Y AUTOMATISMOS. UNIDAD 2A

ING. ALBERTO EGEA

DISEO TECNICO DE SISTEMAS DE CONTROL y AUTOMATISMOSUNIDAD 2A: SENSORES RESISTIVOS. Restatos, Termistores, Termoresistencias

2.1.- CONDUCTANCIA Y RESISTENCIA ELCTRICA

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Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2

2-2

CONDUCTANCIA ELCTRICALa Densidad de Corriente ( ) en un conductor se expresa por el producto de la intensidad de campo E y la conductividad .

=ESi la corriente es uniforme en la seccin S la densidad de corriente es: = I / S entonces I / S = E [1] La diferencia de potencial entre los extremos del conductor es: U = E l de donde E= U / l Reemplazando en [1] I / S = U / l Despejando I = ( S /l) U Por lo tanto I/U = S /lEl trmino S /l se denomina Conductancia Elctrica (G).

TROZO DE CONDUCTOR

G = S /l y G= I/ULa unidad de Conductancia Elctrica (G) es el Siemens . G (Siemens) =I (Amperes) U (Voltios)2-3

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RESISTENCIA ELCTRICADe acuerdo a la expresin de Conductancia Elctrica (G) la Corriente Elctrica (I) puede expresarse: I = U G [2] Si R=1/G R se denomina Resistencia Elctrica. Reemplazando R en [2] I = U/R y R = U/I La resistencia se caracteriza por la resistividad o resistencia especifica () que es la magnitud inversa a la conductividad (). = 1/ y cmo G= S /l entonces 1/R = S / lpor lo tanto

TROZO DE CONDUCTOR

R = l /S y R = U/I

La unidad de Resistencia Elctrica (R) es el Ohm. R (Ohm) = U (Voltios) A (Amperes)

La unidad de Resistividad () es: ohm.mm2/m La unidad de Conductividad () es: m/[email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-4

RESISTIVIDAD, CONDUCTIVIDAD Y COEFICIENTE TERMICO DE ALGUNOS MATERIALES A LA TEMPERATURA AMBIENTE (20C)MATERIAL

RESISTIVIDAD () CONDUCTIVIDAD COEFICIENTE 2 2 * mm /m] () [m/ mm ] TERMICO () [x C]0.1300 0.0275 0.0169 0.1200 0.0968 0.4820 0.0870 0.0162 0.0106 0.0525 0.0610 2.50E+09 870 2800 7.69 36.36 59.17 8.33 10.33 2.07 11.49 61.73 94.34 19.05 16.39 4.00E-10 1.15E-03 3.57E-04 0.006600 0.004400 0.004300 0.004200 0.006500 0.000002 0.004000 0.004100 0.003900 0.004500 0.003700 -7.00E-02

CONDUCTORES Acero dulce Aluminio Cobre Estao Hierro Manganina Nquel Plata Platino Tugsteno Zinc SEMICONDUCTORES Silicio puro Silicio tipo n Silicio tipo p AISLANTES Vidrio Poliestireno Cuarzo [email protected]

1010 - 1014 > 1014 ~ 1016Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-5

RESISTENCIA, RESISTIVIDAD Y TEMPERATURA

MATERIAL DE CARACTERISTICAS LINEALES R = f (T) R2 = R1 [ 1 + (T2 T1)] = f (T) 2 = 1 [ 1 + (T2 T1)]

MATERIAL DE CARACTERISTICAS NO LINEALES R = f (T) R2 = R1 ( 1 + 1 T + 2 T2 + + n Tn ) = f (T) 2 = 1 ( 1 + 1 T + 2 T2 + + n Tn )

R2 : Resistencia a la temperatura final [] R1 : Resistencia a la temperatura inicial o de referencia (20C) [] 2 : Resistividad a la temperatura final [ mm2/m] 1 : Resistividad a la temperatura inicial o de referencia (20C) [ mm2/m] , 1 , 2 , n : Coeficientes trmicos de los materiales [C] T2 : Temperatura final [C] T1 : Temperatura inicial o de referencia (20C) [C] T : Incremento de la temperatura respecto a la referencia

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2-6

LEY DE JOULE. COEFICIENTES TRMICOS. RESISTENCIA TRMICALEY DE JOULEFLUJO TRMICO Y CONDUCTIVIDAD TERMICA FLUJO TRMICO Y COEFICIENTE DE TEMPERATURA

Q : Cantidad de calor [J] P : Potencia Elctrica [W] I : Corriente [A] R: Resistencia [] t : Tiempo [s]

: Flujo trmico [J/s] Q : Cantidad de calor [J] t : Tiempo [s] : Conductividad trmica [W/mK] A : rea [m2] s : Espesor [m] TA, TB: Temperaturas [K]

RESISTENCIA TRMICA

: Flujo trmico [J/s] Q : Cantidad de calor [J] t : Tiempo [s] : Coeficiente de temperatura [W/m2K] A : rea [m2] T : Temperatura de la substancia [K] TA: Temperatura del medio [K]

Rth: Resistencia Trmica [K/W] : Flujo trmico [J/s] TA, TB: Temperaturas [K]

Rth: Resistencia Trmica [K/W] P : Potencia Elctrica[W] TA, TB: Temperaturas [K]

Rth: Resistencia Trmica [K/W] s : Espesor [m] A : rea [m2] : Conductividad trmica [W/mK] : Coeficiente de temperatura [W/m2K]7

ago-10

Ing. Alberto Egea

2.2.- POTENCIMETROS

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2-8

POTENCIOMETROS

RESISTENCIAS VARIABLES CON UN CONTACTO O CURSOR DESLIZANTE , LINEAL O GIRATORIODENOMINACIONES USUALES Potencimetro : Usados en circuitos de baja potencia y como elementos sensores de baja disipacin trmica. Restato: Usados en circuitos de potencia. CONSTRUCCIN Impresos: Realizados con una pista de carbn o de cermet sobre un soporte duro como papel baquelizado, fibra, almina, etc. La pista tiene sendos contactos en sus extremos y un cursor conectado a un patn que se desliza por la pista resistiva. Bobinados: Consiste en un arrollamiento toroidal de un hilo resistivo con un cursor que mueve un patn sobre el mismo. De mando: Son adecuados para su uso como elemento de control. De ajuste: Controlan parmetros y son accesibles desde el exterior. TIPOS Lineales: De resistencia proporcional al deslizamiento o al ngulo de giro. Logartmicos: La resistencia es funcin logartmica del deslizamiento o del ngulo de giro. Sinusoidales: La resistencia es proporcional al seno del ngulo de giro. Digitales: Circuito integrado cuyo funcionamiento simula el de un potencimetro. SMBOLOS

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2-9

CIRCUITOS BSICOS CON POTENCIOMETRO

E1

l

Rn

x R

ExE = E1

E

E = Emin

ER = Rmin

E1 = cte.I

R = Rn

I = Imax

E1

l

Rn

x

RE

I = E1 / Rn

I

R = Rn R = RminR = Rn

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2-10

MODELOS DE POTENCIOMETROSEspecificaciones tipo de potencimetrosPARAMETROMargen Linealidad

POTENCIOMETROSLineales2 mm a 8 m

Angulares10 a 60 vueltas

0,002% a 0,1% a fondo de escala 50 m 2 a 0,2

Con acceso desde el exterior

Para instalar en mecanismo

Resolucin

PotenciaCoef. De temperatura Frecuencia mxima Vida til

0,1 W a 50 W20 a 1000 partes / 106 C 3 Hz Hasta 4x108 ciclos

Potencimetros lineales

Potencimetro [email protected]

Servo potencimetro

Potencimetro motorizado

Potencimetro rotativo2-11


MODELOS DE SENSORES POTENCIOMETRICOSMAGNITUDES: INCLINACION / ANGULO / POSICION / PRESINPOTENCIOMETRO DE BOLAResistor

POTENCIOMETRO DE POSICION DE PEDALBola conductoraConductor

TUBO DE BOURDON CON POTENCIMETRO

Tubo Bourdon

POTENCIOMETRO LIQUIDO

Presin baja

Presin alta

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Potencimetro2-12

EJEMPLO DE APLICACIN DE POTENCIMETROMAGNITUD: PRESIONCmara de medicin

Baja presin

membrana

Alta presin

Potencimetro lineal(Posicin de la membrana)

pivote

Movimiento del pivoteBobina de balance

+Referencia AMPLIFICADOR REGULADOR

-

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2-13

EJEMPLO DE APLICACIN DE POTENCIMETROMEDICIN DE NGULOS

Con E = constante, resulta I proporcional al ngulo

Movimiento del pivote

ngulo () Potencimetro circular

ATensin (E)Resistencia de calibracin Ampermetro

Corriente (I)

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2-14

2.3.- TERMISTORES

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2-15

Sensores compuestos por un semiconductor slido que exhibe un cambio grande en la resistencia, proporcional a un pequeo cambio de la temperatura. En general estn compuestos por una mezcla sinttica de xidos tales como manganeso, nquel, cobalto, cobre, hierro y uranio. Segn el coeficiente trmico se denominan NTC a aquellos donde la resistencia disminuye con el aumento de la temperatura y PTC a aquellos en que la resistencia crece cuando la temperatura aumenta. APLICACIONES GENERALESMedicin de temperatura en cambios de medios lquidos a aire. Medidas de flujos de gases y lquidos. Retardo actuacin rels. Limitacin de corriente. Proteccin de motores. Compensacin de coeficientes de temperatura. Estabilizacin de tensin Medicin de flujo trmico en mquinas elctricas.

R= f (T)

RESUMEN DE CARACTERISTICASAlta sensibilidad y alta resistividad. Comportamiento no lineal, linealizable a costa de prdida de sensibilidad. Amplio margen de temperaturas (-100C a +450C) Bajo costo Posibilidad de ligeros cambios de las caractersticas con el paso del tiempo. Este fenmeno se minimiza en los modelos sometidos a envejecimiento artificial. Intercambiabilidad solo garantizada para modelos especiales. Necesidad de reajuste del circuito en caso de sustitucin.2-16

Smbolo NTC

Smbolo PTC

-t

+t

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TERMISTORES NTCCARACTERISTICAS DE GENERALES DE NTC DE USO COMNFABRICACIN Los NTC se fabrican a base de mezclar y sinterizar xidos dopados de metales (Ni, Co, Mg, Fe, Cu). La proporcin de xidos determina la resistencia y el coeficiente de temperatura. MODELOS CONSTRUCTIVOS Los ms empleadas son los de perla, disco y chip. Los termistores tipo perla debido a su pequeo tamao permiten una respuesta rpida ante los cambios de temperatura. Los termistores de disco y chip tienen una respuesta de disipacin mayor. PARMETROS Rango de temperaturas (segn modelos): -100C a 450C Resistencia a 25C: 0,5 a 100M Temperatura mxima: 300C en rgimen permanente. 600C en rgimen intermitente. Coeficiente de disipacin (): 1 mW/K en aire en reposo 8 mW/K en aceite Potencia disipable: 1 mW a 1 W Constante de tiempo trmica: 1 ms a [email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-17

RESISTENCIA EN FUNCIN DE LA TEMPERATURAPara un rango reducido de temperatura (50C) y con un error de 0,3C, la R=f(T) puede expresarse:

PARA UN MATERIAL DETERMINADO

RT : Resistencia a Temperatura final T R0 : Resistencia a 25C T0 : Temperatura de referencia (25C) B (Beta): Factor de temperatura caracterstica del material (2000K a 5500K)

Donde R1 Resistencia a T1 y R2 Resistencia a T2

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2-18

PARMETRO B (BETA)


B= f (T)R= f (T) para distintos valores de B

B (Beta) tambin vara entre unidades del mismo material salvo en los casos de modelos [email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2

2-19

CARACTERSTICAS R= f(I ) y V= f(I)En algunas aplicaciones interesa conocer las caractersticas de variacin de resistencia en funcin de la corriente que circula por el termistor NTC y la tensin aplicada respecto de la corriente (Curvas I-V). PARA UN MATERIAL DETERMINADO

R= f (I)


V= f (I)

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2-20

CARACTERSTICA I= f(t)


Esta caracterstica se aprovecha en los circuitos de retardo y para la supresin de transitorios

COEFICIENTE DE TEMPERATURA (SENSIBILIDAD RELATIVA)

EJEMPLO Para un termistor NTC donde B= 5000K a 25C (298K) el Coeficiente de Temperatura es: = - 5,63%/K

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2-21

AUTOCALENTAMIENTO

El termistor NTC es sensible a cualquier efecto que altere el ritmo de disipacin de calor, esto permite aplicarlo a la medicin de caudal, nivel, conductividad calrica, etc. En estos casos y en otros, la magnitud a medir modifica el coeficiente de disipacin trmica () del termistor y por lo tanto su auto calentamiento, lo que influye en el valor de su resistencia.


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LINEARIZACIN

El termistor NTC es sensible a cualquier efecto que altere el ritmo de disipacin de calor, esto permite aplicarlo a la medicin de caudal, nivel, conductividad calrica, etc. En estos casos y en otros, la magnitud a medir modifica el coeficiente de disipacin trmica () del termistor y por lo tanto su auto calentamiento, lo que influye en el valor de su resistencia.

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APLICACIONES NTC

DEPENDENCIA DE LA RESISTENCIA CON LA TEMPERATURAMedidas de temperatura Cambio de medio (Lquido-aire) Medida de flujos de gases Medidas de flujos de lquidos Modelos comerciales

INERCIA TRMICARetardo en el accionamiento de rels Aumento lento de la corriente elctrica Supresin de transitorios

COEFICIENTE DE TEMPERATURA NEGATIVOCompensacin de coeficientes de temperaturas positivos Estabilizacin de tensin

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2-24

APLICACIN NTCMEDICIN DEL FLUJO EN UN LQUIDOEl calefactor inmerso en el lquido libera calor que trasporta el mismo lquido, de esta manera se genera una diferencia de temperatura aguas arriba y aguas abajo del mismo que depende de la velocidad del lquido. Midiendo esta diferencia con dos termistores se puede calcular el caudal proporcional a la variacin de resistencias de los NTC.

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2-25

APLICACIN NTCTEMPORIZADOR TRMICO Funcionamiento: cuando la temperatura supera un cierto valor, se reduce la resistencia del termistor, por lo tanto la corriente aumenta accionando el relevador. Si R=0 (Potencimetro) el relevador se accionar en forma instantnea cuando la temperatura llegue al valor de umbral. Si R>0 el potencimetro temporiza la accin del relevador.

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2-26

APLICACIN NTCALARMA DE LLAMA PILOTO

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2-27

APLICACIN NTCANEMMETROSONDA CON NTC

LECTOR

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2-28

EJEMPLO DE CLCULO NTCEJEMPLO 1 Se tiene un termistor NTC con las siguientes caractersticas I-V , calcular: R25; R100;25/100; Tmx; RmnEscala LINEAL Escala LOGARITMICA

1.- Clculo de R25, R100 En un punto de la curva T=25C de escala logartmica (zona lineal) se calcula: R25 = V/I = 2/(4x10-4) = 5000 En un punto de la curva T= 100C de la escala logartmica (zona lineal) se calcula: R100 = V/I = 1/(3x10-3) = 333,33 2.- Clculo de 25/100 25/100 = [ln (R100/R25)]/[(1/T100)(1/T25)] = [ln (333,33/5000)]/[(1/373)(1/298)+ 4013 [email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-29

3.- Clculo de Tmax Para el clculo de Tmx es necesario determinar la resistencia trmica del NTC. Para ello se traza la recta correspondiente a R100 del NTC hasta cortar la curva a temperatura ambiente (25C) encontrando el punto A = (0,042; 14,2). Si el NTC est en equilibrio trmico en A, se verifica: P= V.I = (TTa)/Rth luego Rth= (TTa)/P Rth = (373 298)/(0,042x14,2) = 125 K/W adems Pmax= (TmaxTa)/Rth ; entonces Tmax= Pmax x Rth + Ta La Tmax y la Pmax se definen a temperatura ambiente (25C) De la curva I-V (Escala lineal) V9,8 e I0,1 luego Pmax= V.I 1 W Por lo tanto Tmax= 1 x 125 + 25 = 150 C 4.- Clculo de Rmin A Tmax la R del NTC ser mnima. Rmin= R25 e [(1/Tmax) (1/T25)] Rmin = 5000 e4013 [(1/423) (1/298)] = 93,5

Los valores de Pmax para cada Temperatura ambiente se calculan utilizando la ecuacin de equilibrio trmico [P max= (TmaxTa)/Rth)] P1 = (15025)/125 = 1 W P2 = (15050)/125 = 0,8 W P3 = (15075)/125 = 0,6 W P4 = (150100)/125 = 0,4 W

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2-30

EJEMPLO 2 Eleccin de la Resistencia en serie con un NTC de acuerdo al circuito indicado. Se desea medir una temperatura ambiente de 75C y se cuenta con dos Req (60 y 500)

Solucin. Dibujar la recta de carga para cada una de las Req La ecuacin de red del circuito es: V = Intc Req + VNTC Luego : VNTC= Veq Intc Req Puntos de la recta Si VNTC = 0 Intc = V/Req Si Intc = 0 VNTC = V Puntos para Req= 60 Intc = 18/60 = 0,3 A (fuera del grfico) VNTC= 18V Puntos para Req= 500 Intc = 18/500 = 0,036 A VNTC= 18V Conclusin: la recta de carga de la Req=500 indica que el NTC estar estabilizado trmicamente para las temperaturas que van de 25C a 100C en los puntos P1,P2,P3 (75c) y P4.

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2-31

TERMISTORES PTCMODELOS CONSTRUCTIVOSPTC DE TIPO CERMICO. Presentan un cambio brusco de resistencia cuando se alcanza la temperatura de Curie (*). Por debajo de esta temperatura el coeficiente de temperatura es negativo o nulo y es positivo por encima. Se considera que la temperatura de conmutacin (TS) es aquella para la que la resistencia alcanza un valor doble del valor mnimo. PTC DE SILICIO DOPADO Presentan una variacin ms suave con la temperatura, a veces se comercializan ya linealizadas con la denominacin de Silistores. Se suelen utilizar en aplicaciones de medida.(*) Se denomina temperatura de Curie (punto de Curie) a la temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagntico pierde su magnetismo, comportndose como un material [email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-32

R = f (T)

COEFICIENTE DE TEMPERATURA ()

Para los Termistores PTC el coeficiente de temperatura es positivo y elevado. Oscila entre 10 a 80 %/C

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2-33

CURVAS I-V

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APLICACIONES PTC

DEPENDENCIA DE LA RESISTENCIA CON LA TEMPERATURAMedidas de temperatura Cambio de medio (Lquido-aire) Medidas del nivel de lquidos

Modelos comerciales

INERCIA TRMICARetardo en el accionamiento de rels Proteccin contra sobre impulsos de corriente

COEFICIENTE DE TEMPERATURA POSITIVOCompensacin de coeficientes de temperaturas negativos

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2-35

APLICACIONES PTC

MEDIDA DE NIVEL DE LQUIDOCuando los termistores se sumergen en el lquido se enfran y cambia su resistencia

ARRANQUE DE UN MOTOR MONOFSICOEn el arranque (Motor fro) la PTC tiene una baja resistencia, permitiendo que por el bobinado de arranque pase una corriente elevada. Una vez que el motor arranca la PTC se calienta y aumenta su resistencia reduciendo la corriente en el bobinado de arranque a un valor muy bajo.

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2-36

APLICACIONES PTC

RETARDO EN EL ACCIONAMIENTO DE RELSAl aplicar una tensin al circuito el PTC se calienta y su resistencia aumenta. Pasado cierto tiempo la tensin en sus bornes es suficiente para activar el rel.

LIMITADOR DE CORRIENTEAl aplicar una tensin al circuito el PTC se calienta y su resistencia aumenta. Pasado cierto tiempo la tensin en sus bornes es suficiente para activar el rel.

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2-37

APLICACIONES PTC

RETARDO EN EL ACCIONAMIENTO DE RELSAl aplicar una tensin al circuito el PTC se calienta y su resistencia aumenta. Pasado cierto tiempo la tensin en sus bornes es suficiente para activar el rel.

LIMITADOR DE CORRIENTEAl aplicar una tensin al circuito el PTC se calienta y su resistencia aumenta. Pasado cierto tiempo la tensin en sus bornes es suficiente para activar el rel.

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2-38

APLICACIONES PTCPROTECCIN DE MOTORES ELCTRICOSLas sondas con termistor PTC se instalan en el bobinado del motor. La variacin de resistencia de la PTC por incremento de temperatura acciona el rel dedicado cuando el valor trmico alcanza el umbral prefijado de proteccin desenergizando entonces la bobina del contactor y desconectando la alimentacin al motor. La Proteccin Trmica de lnea detecta tardamente las fallas que dejen al motor funcionando en dos fases. La PTC tambin puede actuar como respaldo de la Proteccin Trmica de [email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-39

2.4.- TERMORESISTENCIAS (RTD)

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2-40

PRESENTACINLas Termoresistencias (RTD) son sensores basados en la variacin de la resistencia elctrica de un conductor a causa de la temperatura. La variacin de resistencia se debe tanto al cambio de la resistividad como al cambio de las dimensiones del conductor asociado a la variacin trmica. RTD CONSTRUIDA CON ALAMBRE CONDUCTOR BOBINADO

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2-41

MONTAJE DE RTD DE ALAMBRE CONDUCTOR BOBINADO

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2-42

MODELOS COMERCIALES DE RTD

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2-43

RTD DE ALAMBRE DE PLATINO CONSTRUIDO EN LMINA DELGADA

La sonda esta constituida por una resistencia de alambre de platino de 30m embebido en una mezcla adhesiva entre dos films de poliamida. El conjunto tiene un espesor de 0,17 mm y presenta una alta flexibilidad para aplicaciones tales como la medicin en superficies curvas : caeras, cables, etc. El rango de temperaturas se extiende entre -80C a [email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-44

RTD DE PELICULA DELGADA DE PLATINO

Los sensores RTD de pelcula delgada se fabrican aprovechando los mtodos desarrollados en la industria del semiconductor. El film de platino forma una serpentina de 0,5 a 1 m de espesor soportada por un sustrato de xido de aluminio. Una capa de vidrio de 10 a 15 mm se aplica para proteger al platino. Dependiendo del tipo constructivo las temperaturas de operacin oscilan entre -50C y +400(600)C.

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2-45

METALES USADOS EN RTD

Cobre Nquel Aleacin Fe Ni Tungsteno Iridio Platino

Las RTD se fabrican con R0 nominal a una temperatura dada . Por ejemplo: 100 a [email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-46

PARAMETROS Y APLICACIONES DE RTDVALORES TPICOS 100 , 500 y 1000 IDENTIFICACIN Por el metal de la sonda y la resistencia a 0C : Pt100, Pt1000, Ni120,Cu200 PRECISIN (IEC 751) Clase A : 0,15C a 0C Clase B : 0,30C a 0C La precisin se degrada hacia los extremos del rango RESISTENCIA EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA R = R0 [1+ (T-T0)] SENSIBILIDAD Sr= R/ T [/C] COEFICIENTE DE TEMPERATURA En general : = (1/ R0) (R/ T) = (1/ R0) Sr En particular para T= 100C : = R100 R0 / 100C . R0 [1 /C] Smbolo APLICACIONES Climatizacin Temperaturas ambiente Temperatura de agua en caeras Temperatura del aire en conductos Control de Procesos Regulacin de la temperatura Electrodomsticos Temperaturas de coccin y limpiezaEJEMPLOS 1) Calcular la R a 35C que tendr una RTD Pt100 con coeficiente de temperatura = 0,00392 1/C R = 100 [1+(0,00392 1/C) (35C - 0C)] R = 100 [1+0,1372] = 113,72 2) Una RTD Pt100 (100 a 0C) mide 138,5 a 100C, calcular sensibilidad y . La Sensibilidad es: Sr = (138,5 100) / (100 0) = 0,385 [/C] El Coeficiente de temperatura es: = (1/100) 0,385 = 0, 00385 [1/C] La Sensibilidad tambin se calcula: Sr = . R0 = 0, 00385 . 100 = 0,385 [/C]2-47

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TOLERANCIA

TOLERANCIA DE LOS ELEMENTOS RESISTIVOS PARA RTD SEGN NORMA IEC 60751RANGO -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 850 VALORES BSICOSOhms Ohms / K Ohms

TOLERANCIAClase AC Ohms

Clase BC

18.52 60.26 100 138.51 175.86 212.05 247.09 280.98 313.71 345.28 375.7 390.48

0.44 0.41 0.39 0.38 0.37 0.35 0.34 0.33 0.33 0.31 0.3 0.29

0.24 0.14 0.06 0.13 0.20 0.27 0.33 0.38 0.43 -

0.55 0.35 0.15 0.35 0.55 0.75 0.95 1.15 1.35 -

0.56 0.32 0.12 0.30 0.48 0.64 0.79 0.93 1.06 1.17 1.28 1.34

1.3 0.8 0.3 0.8 1.3 1.8 2.3 2.8 3.3 3.8 4,3 4.62-48

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RTD DE PLATINOCARACTERISTICAS DEL PLATINO PARA SU USO EN RTD Estabilidad qumica a largo plazo. Linealidad en un amplio rango de temperaturas. Buena reproducibilidad de caractersticas elctricas. Resistencia a la oxidacin y a la corrosin. Disponibilidad de alambres de alta pureza. COEFICIENTE DE TEMPERATURA () Vara desde 0,00375 a 0,003927 (Usual 0,00385) A valores mayores identifica al platino de mayor pureza. RESISTORES DE SONDAS DE PLATINO De alambre bobinadas. De pelcula delgada, similar a un circuito impreso, de menor costo que los resistores de alambre. RESISTENCIA EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA R(T) = R0 (1+aT+bT2) R(T): Resistencia medida R0: Resistencia nominal a 0C La norma DIN EN 60751 determina: a= 3,9083 10-3 [1 /C] y b= 5,775 10-7 [1 /C] Para la mayora de las aplicaciones puede considerarse: R(T) = R0 (1+aT)[email protected]

R= f(T) RTD Pt100 = 0.00385


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VALORES BSICOS DE TOLERANCIA DE LOS ELEMENTOS RESISTIVOS DE PLATINO SEGN NORMA IEC 60751 (ITS 90)

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LIMITES DE LA DESVIACIN DE LA RTD PT100 SEGN NORMA IEC 60751La Norma define para el Pt100 dos clases de tolerancia: A t = (0,15+0,002 . t) B t = (0,30+0,005 . t) Donde t es la temperatura (sin signo) La Clase A se aplica al rango de temperaturas : -200C a +650C y solo a RTD conectados mediante 3 o 4 hilos al transductor. La Clase B se aplica por entero al rango de temperaturas: 200C a +850C

EJEMPLO La tolerancia en la medicin que se requiere de un Pt100 Clase B a una temperatura 200 C ser: t = (0,30+0,005 .200)C = (0,30+1)C t = 1,3 C

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RTD DE NQUELCARACTERISTICAS DEL NQUEL PARA SU USO EN RTD Alto coeficiente de Temperatura (Dobla al del Platino) Menor costo que el Platino Puede utilizarse en aleaciones varias (FeNi, CrNi, etc.) COEFICIENTE DE TEMPERATURA () = 0,00618 RESISTORES DE SONDAS DE NQUEL De alambre bobinadas. De pelcula delgada. RANGO DE UTILIZACIN Entre -60C a 250C RESISTENCIA EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA R(T) = R0 (1+aT+bt2+ct4+dt6) R(T): Resistencia medida R0: Resistencia nominal a 0C (=100) La norma DIN EN 43760 determina: a= 0,5485 10-2 [1 /C] ; b= 0,665 10-5 [1 /C-2] c= 2,805 10-11 [1 /C-4] ; d= 2,111 10-17 [1 /C-6] LIMITES DE DESVIACIN t = (0,4+0,007 . t) de 0C a 250C t = (0,4+0,028 . t) de -60C a 0C Donde t es la temperatura (sin signo)[email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2

R= f(T) Ni100

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ESPECIFICACIONES RTDPARMETRO PLATINO PLATINO PLATINO PLATINO PLATINO NIQUEL

Rango Temperatura Construccin

-200 a 200C (-328 a 392F)

-50 a 200C (-58 a 392F)

-100 a 260C (-148 a 500F)Para montaje en superficie

-65 a 200C (-85 a 392F)Para montaje en superficie

-200 a 650C (-328 a 1200F)

-130 a 315C (-200 a 600F)

Vaina 316 SS Vaina 316 SS t= 200C (392F) t= 200C (392F) p= 17.2 MPa p= 17.2 MPa (2500 psig) (2500 psig)

Repetibilidad

0.05% max en 0.04% max en 0.025% max en punto fro de la R: punto fro de la R: punto fro de la R 0.13C (0.23F ) 0.1C (0.18F )

Estabilidad Constante de tiempo al 63.2% de respuesta Largo de inmersin

0.08% max en 0.035% max en 0.05% max en punto fro de la R punto fro de la R punto fro de la R8 segundos 7 segundos 1.25 segundos

Vaina 316 SS t= Envainado en 480C (900F) ; acero inoxidable u Inconel a 650C otros metales (1200F) 0.26C (0.47F) Error de 0.3C 0.08% max en sobre 480C (0.5F) a 1.7C punto fro de la R: (896F); 0.05% (3F) a 0.2C (0.36F ) sobre 650C temperatura (1200F) criognica 0.15% max en ------punto fro de la R 2.5 segundos -------

Cables de conexionado

31,61,91,122 cm 89 a 914mm (3.5 a 89 a 914mm (12,24,36,48 ------36 pulgadas) (3.5 a 36 pulgadas) pulgadas) Aislados en tefln Aislados en tefln revestido en revestido en De platino, Aislados en tefln nquel, nquel, dimetro 0.25 mm , conductores de ------conductores de conductores de (0.01 pulgadas) cobre AWG 22 cobre AWG 22 cobre AWG 23 0.6 a 6m (2 a 20 ft)

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CONEXIN DE LA RTD: 2 HILOS

RTD

La tensin medida es: Vm = VR (Vcc/2) Pero VR mide en realidad la Resistencia suma de RT+ 2Rhilo Esta situacin implica un error en la medicin que no aconseja la utilizacin de este mtodo. EJEMPLOEl error en la medicin de temperatura que produce una Pt100 conectada con dos cables de R= 1 se puede calcular como: = 2 Rhilo / ( . RPt100) = 2[]/ (0,00385 [1/C] . 100[]) = 5,19 [email protected] Curso diseo de sistemas de control- Unidad 2 2-54

CONEXIN DE LA RTD: 3 HILOS

RTD

El equilibrio en el puente de Wheatstone incluyendo las resistencias de los hilos estar dado cuando : Rref (R+Rhilo) = Rref (RT+Rhilo) Simplificando : R+Rhilo = RT+Rhilo Por lo tanto: R= RT Al ser R de valor fijo las resistencias de los hilos de conexin producen error para cualquier valor de RT diferente al de R. La tensin aplicada a la RTD es: VR = Vm + (Vcc/2)

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CONEXIN DE LA RTD: 4 HILOSSe emplea un medidor por comparacin a 4 hilos compuesto por circuitos integrados monolticos (Por ejemplo el ADT70 de Analogs Devices). Se elimina el error absoluto introducido por las resistencias de los cables de conexin. Se obtiene un error del 1% en el transductor. El error por auto calentamiento con una Imx de 1 mA es despreciable.

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MONTAJE DE UNA RTD EN UNA CMARA FRIGORFICA

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SISTEMAS DE CONTROL Y AUTOMATISMOS. UNIDAD 2A

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