Cómo realizar una calibración de RTD

Una calibración de un detector de temperatura por resistencia ( RTD) compara la lectura de dicho detector con la de un termómetro de referencia calibrado a determinadas temperaturas. Los resultados muestran el grado de precisión con el que el sensor mide la temperatura y si cumple los requisitos de precisión de la aplicación.

Los RTD se utilizan en procesos químicos, de refinería y de otro tipo que requieren mediciones de temperatura precisas y repetibles. Conocer las características de resistencia del sensor, su clase de tolerancia y los resultados de la calibración te ayuda a evaluar su rendimiento.

Lea este artículo para aprender:

• Cómo miden la temperatura los RTD y cómo influyen las clases de tolerancia en la precisión.
• ¿Qué equipo y qué pasos se requieren para realizar una calibración comparativa de RTD?
• Qué significa la trazabilidad de la calibración y cómo interpretar un informe de calibración.
• Cómo determinar un intervalo adecuado para la recalibración de un RTD.

¿Cómo funcionan los instrumentos de temperatura RTD?

Un RTD mide la temperatura a través del cambio predecible en la resistencia eléctrica de su elemento sensor. El platino se utiliza habitualmente porque sus características de resistencia son estables y están bien definidas.

Un elemento Pt100 tiene una resistencia nominal de 100 Ω a 0 °C. La resistencia real varía dentro de la tolerancia especificada; un RTD calibrado no tiene por qué indicar exactamente 100,000 Ω a esa temperatura.

Un transmisor, un controlador lógico programable (PLC) o un sistema de control distribuido (DCS) convierte la señal de resistencia en temperatura para la supervisión y el control del proceso. Esto permite al sistema regular equipos como válvulas de control, calentadores y bombas.

La relación entre la resistencia y la temperatura es aproximadamente lineal. El sistema electrónico de medición debe utilizar la curva característica adecuada del sensor para convertir la resistencia en temperatura con precisión.

Figura 1: Proceso de calibración de RTD.

Figura 2: RTD, relación entre resistencia y temperatura.

¿Qué hay que especificar antes de calibrar un RTD?

Especifique el elemento sensor, la característica de resistencia, la clase de tolerancia y el rango de funcionamiento antes de seleccionar los puntos de calibración.

Ten en cuenta estos cuatro factores:

1. Selecciona el material del elemento, como el platino.
2. Determina la resistencia nominal y los componentes electrónicos de medición compatibles.
3. Elige la clase de tolerancia necesaria para el proceso.
4. Comprueba la construcción del elemento y el rango de temperatura nominal.

Las siguientes tablas muestran las ecuaciones de tolerancia y los valores de temperatura extraídos de la tabla original correspondiente a los elementos Pt100 con un coeficiente de temperatura de 0,00385 Ω/Ω/°C.

En las ecuaciones de tolerancia, |t| se refiere al valor absoluto de la temperatura en °C. El rango de tolerancia del elemento no representa necesariamente los límites de funcionamiento del conjunto completo de la sonda. Consulte dichos límites con el fabricante.

Tabla 1: Tolerancias y rangos de los elementos Pt100.

Tabla 2: Valores de tolerancia del Pt100 (±°C).

Un guion indica una temperatura fuera del rango indicado para esa designación de elemento. Los valores conservan el redondeo que aparece en el gráfico original.

El funcionamiento fuera del rango de temperatura especificado puede someter al elemento a un esfuerzo excesivo, provocar efectos de envejecimiento y afectar a su rendimiento posterior.

¿Cómo se lleva a cabo una calibración comparativa de un RTD?

La calibración por comparación consiste en colocar el RTD y un termómetro de referencia calibrado en la misma fuente de temperatura controlada. Normalmente se utiliza como referencia un termómetro de resistencia de platino (PRT) de alta precisión. El NIST también utiliza mediciones comparativas con un PRT patrón calibrado según el ITS-90 para las calibraciones de termómetros industriales. 

¿Qué material necesitas?

Necesitas una fuente de temperatura adecuada, un termómetro de referencia calibrado y equipos de medición de precisión compatibles.

La configuración suele incluir:

• Un calibrador de bloque seco o un baño de líquido agitado que cubra el rango de temperaturas requerido.
• Un PRT de referencia y su lectura.
• Un medidor de resistencia de precisión o un dispositivo de lectura de RTD adecuado.
• Las especificaciones del sensor y los puntos de calibración seleccionados.

Figura 3: Calibración comparativa utilizando un termómetro de referencia y un RTD.

¿Cuáles son los pasos para la calibración?

Mide el RTD y la referencia a cada temperatura de ensayo seleccionada y, a continuación, compara sus lecturas.

1. Aísle el sensor del proceso. Siga los procedimientos de la planta antes de retirar o desconectar el RTD.
2. Coloca los sensores. Coloque el RTD y el termómetro de referencia en el baño o en el bloque seco a las profundidades de inmersión adecuadas.
3. Conecta el equipo de medición. Utilice la configuración de cableado correcta para el RTD. Desconecte el RTD de la electrónica de proceso cuando compruebe el sensor por separado.
4. Establece la temperatura de ensayo. Ajuste la fuente de temperatura al primer punto de calibración y deje que las lecturas se estabilicen.
5. Anota las lecturas. Anota la temperatura de referencia y la resistencia del RTD o la temperatura indicada.
6. Repite y compara. Completa los puntos de prueba restantes. Convierte las mediciones de resistencia utilizando la relación aplicable entre resistencia y temperatura y compara los resultados con la referencia. 

Los puntos de calibración pueden ser especificados por el cliente o definidos por el fabricante del sensor.

¿Qué significa la trazabilidad de la calibración?

La trazabilidad vincula un resultado de medición a una referencia específica a través de una cadena de calibraciones documentada e ininterrumpida, en la que cada calibración contribuye a la incertidumbre de la medición. La cadena puede incluir institutos nacionales de metrología, como el NIST. 

La acreditación según la norma ISO/IEC 17025 y la trazabilidad metrológica están relacionadas, pero son conceptos distintos. La acreditación se refiere a la competencia del laboratorio dentro de un ámbito definido; la trazabilidad describe la relación del resultado de la medición con su referencia. 

Figura 4: Ilustración de una cadena de trazabilidad de la calibración.

¿Cómo se lee un informe de calibración de un RTD?

Un informe de calibración de RTD compara la unidad sometida a ensayo (UUT) con la referencia en cada punto de ensayo. El sensor también puede denominarse «dispositivo sometido a ensayo» (DUT) o «sensor sometido a ensayo» (SUT).

El informe recoge los resultados de la calibración e identifica los equipos de medición y los sensores de referencia pertinentes.

Tabla 3: Ejemplos de resultados de calibración del RTD.

Esta muestra calcula el «error» indicado como la diferencia entre la temperatura de referencia y la lectura de la unidad bajo prueba (UUT). Por ejemplo:

100,030 °C − 100,090 °C = −0,060 °C

Las diferencias indicadas se encuentran dentro de los límites de tolerancia de la muestra. Una declaración formal de conformidad depende también de la regla de decisión aplicable y de la incertidumbre de medición. 

Figura 5: Ejemplo de diferencias de RTD representadas gráficamente en función de los límites de tolerancia.

¿Con qué frecuencia hay que calibrar un RTD?

Establezca el intervalo de recalibración en función de la tolerancia del proceso, las condiciones de funcionamiento, el historial de calibración y los requisitos de calidad aplicables. Revise dicho intervalo a medida que se disponga de datos de rendimiento. 

Los golpes mecánicos, las vibraciones, las temperaturas elevadas y la humedad pueden afectar a los termómetros de resistencia de platino. Las vibraciones intensas son una fuente potencial de deriva y deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar el sensor y establecer su intervalo de calibración.

Un fallo en un RTD no siempre provoca un circuito abierto; un sensor también puede presentar un cortocircuito. Los fallos de los sensores y la cobertura del diagnóstico deben evaluarse como parte del sistema de medición completo. 

Figura 6: Relación ilustrativa entre la deriva, la tolerancia del proceso y el momento de la recalibración.

Los intervalos de seis y 24 meses que aparecen en la figura 5 son ejemplos, no requisitos universales para la industria alimentaria, farmacéutica u otras. Unas tolerancias de proceso más estrictas y la evidencia de desviaciones pueden justificar intervalos más cortos.

Si tienes alguna duda sobre tu solicitud, ponte en contacto con un experto en productos de Ashcroft. Mientras tanto, descargue nuestra guía para obtener más información sobre nuestros sensores de temperatura.