Cómo seleccionar el elemento sensor RTD adecuado para su aplicación

Los detectores de temperatura por resistencia (RTD) son una de las tecnologías de sensores más fiables en cualquier proceso en el que sea fundamental controlar la temperatura con precisión, desde la generación de energía y los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado hasta el procesamiento de alimentos y la fabricación de productos farmacéuticos. Seleccionar el elemento RTD adecuado es esencial para conseguir un alto rendimiento, estabilidad a largo plazo y cumplimiento de las normas industriales.

Ashcroft, líder mundial en instrumentación de temperatura y presión, tiene décadas de experiencia ayudando a los clientes a especificar, instalar y calibrar RTDs en entornos exigentes. 

Lea este artículo para conocer los elementos sensores RTD, cómo funcionan y cómo seleccionar el elemento adecuado en función de los requisitos del sector, la construcción, la precisión, el cableado y los factores ambientales.

Qué es un elemento sensor RTD

Un elemento RTD es el componente de detección central de un sensor RTD. Suele estar hecho de platino y está diseñado para cambiar su resistencia eléctrica de forma predecible a medida que cambia la temperatura. Un dispositivo de control, como un transmisor o un controlador, mide la resistencia y la convierte en una lectura de temperatura.

Los elementos RTD más comunes incluyen:

• Pt100: 100 ohmios a 0 °C (32 °F)
• Pt1000: 1000 ohmios a 0 °C (32 °F)

El ohmio es la unidad de medida que suele representarse con el símbolo Ω.

Figura 1. Unidad de medida OHM Unidad de medida OHM

Construido para cumplir estrictas normas internacionales de rendimiento

Antes de hablar de los tipos de construcción de los elementos sensores o de los métodos de cableado, es importante conocer la norma que rige el rendimiento de los RTD: IEC 60751. Esta norma internacional define:

• El coeficiente de temperatura de la resistencia (normalmente 0,00385 Ω/Ω/°C para el platino).
• Clases de tolerancia (por ejemplo, Clase B, A, AA)
• Curvas de relación resistencia-temperatura (comúnmente denominadas "curvas 385")
• Criterios de construcción de elementos de película fina y bobinados

El cumplimiento de la norma IEC 60751 garantiza que su sensor RTD funcionará de forma predecible e intercambiable con otros componentes que cumplan la norma IEC, como transmisores, controladores y calibradores.

El principio de detección de los RTD

El principio de detección de las RTD es sencillo: a medida que aumenta la temperatura, la resistencia eléctrica del elemento de platino se incrementa de una forma bien definida y, en la mayoría de los casos, lineal. Por ejemplo:

• Un elemento Pt100 tiene 100,0 ohmios a 0 °C.
• A 100 °C (212 °F) , suele tener 138,5 ohmios, lo que da una pendiente de 0,385 Ω/°C.

Debido a este comportamiento predecible, las RTD son altamente repetibles y ofrecen una precisión de medición excepcional, especialmente en comparación con los termopares, que son más propensos a la deriva y a las no linealidades.

Tipos de elementos RTD: De alambre y de película fina

Los elementos RTD se construyen de diferentes maneras para satisfacer las distintas necesidades de rendimiento. Los dos tipos de construcción más comunes son:

1. Elementos RTD cableados

• Fabricado con una fina bobina de alambre de platino enrollada alrededor de un núcleo de cerámica o vidrio.
• Ofrece el rango de temperatura más amplio: de -200 °C a +850 °C (de -328 °F a +1562 °F). 
• Máxima precisión y estabilidad a largo plazo, pero generalmente más caro y de respuesta más lenta.
• Ideal para aplicaciones de laboratorio, aeroespaciales y de supervisión de procesos de alta precisión.

Figura 2: Elemento sensor redondo de alambre

2. Elementos RTD de película fina

• El platino se deposita en zigzag sobre un sustrato cerámico y se protege con una capa de vidrio o epoxi.
• Compacta y rentable, con tiempos de respuesta rápidos.
• Rango típico: de -50 °C a +400 °C (de -58 °F a +752 °F).
• Muy utilizado en sensores OEM y automatización industrial.

Figura 3 Elemento sensor de película fina

La elección de la construcción adecuada depende de la gama de temperaturas, las necesidades de durabilidad y las limitaciones de costes.

Exactitud de la RTD y clases de tolerancia

Las clases de tolerancia definen hasta qué punto la salida de un elemento RTD se ajusta a la curva ideal resistencia-temperatura. Cuanto más ajustada sea la clase, mayor será la precisión, pero también el coste y la complejidad de fabricación.

Figura 4. Clases de precisión y tolerancia de RTD (según IEC 60751)

Para industrias reguladas como la farmacéutica o la alimentaria, suele ser necesaria la Clase AA. Para el control de procesos en general, puede ser suficiente la Clase A o B.

PT100 vs. PT1000: ¿Qué valor de resistencia es el correcto?

Los RTD suelen estar disponibles en las variantes Pt100 y Pt1000.

Figura 5. Dos variantes de Pt100 y Pt1000 

Dado que los elementos Pt1000 generan una mayor caída de tensión, se ven menos afectados por la resistencia del cable conductor, lo que los hace ideales para configuraciones de 2 hilos e instalaciones de larga distancia.

Configuraciones de cableado RTD: ¿2, 3 o 4 hilos?

El método de cableado que elija para su instalación de RTD tiene un efecto directo en la precisión de la medición, especialmente con los tipos de resistencia más baja como Pt100. Tay tres configuraciones de cableado principales para los RTD:

• RTD de 2 hilos. Se trata de la configuración más sencilla, ya que utiliza un único cable conductor desde cada extremo del elemento sensor hasta el dispositivo de supervisión. También es la menos precisa, ya que la resistencia total medida incluye tanto el elemento como los cables conductores.
• La RTD de 3 hilos. Con mucho, el diseño de circuito más común para las RTD utilizadas en procesos industriales. Esta configuración incluye dos hilos, un lado del elemento sensor y un hilo conectado al otro lado. Esta disposición anula la resistencia de los dos hilos conectados al lado del elemento, aumentando la precisión de la medición, por lo que es muy adecuada para aplicaciones de proceso.
• La RTD de 4 hilos. Esta configuración ofrece el máximo nivel de precisión. El circuito de 4 hilos conecta dos hilos a cada extremo del elemento sensor, eliminando por completo la influencia de la resistencia del hilo conductor en la lectura de temperatura. Es más complejo y costoso que las opciones de 2 y 3 hilos, pero es ideal para aplicaciones que exigen la máxima precisión.

Figura 6. Tipos de cableado RTD

Criterios clave de selección: Adecuar el elemento al entorno

Al seleccionar un elemento RTD, tenga en cuenta estos factores relacionados con la aplicación:

Compatibilidad de carcasas y conjuntos RTD

Los elementos RTD no funcionan solos. Están incrustados en carcasas protectoras y sondas que se adaptan al entorno. Ashcroft ofrece una gama de conjuntos tales como:

• Sonda de temperatura RTD S81: Fabricada con cables MI y está diseñada para altas vibraciones y uso industrial. 
• El S50 Industrial RTD: Fabricado con cables MI, este instrumento está diseñado para trabajar con termopozos y es y es muy adecuado para aplicaciones OEM, monitorización remota, ubicaciones peligrosas y entornos de servicio extremos. 
  

Los conjuntos deben adaptarse no sólo a las condiciones del proceso, sino también al método de cableado y al tipo de instalación (por ejemplo, montaje directo, remoto, sanitario, roscado o embridado).

¿Quiere saber más?

Ahora entiende por qué la selección del elemento sensor RTD adecuado implica algo más que la simple elección de un valor de resistencia. También se trata de satisfacer las necesidades de precisión, velocidad, durabilidad y conformidad de su sistema. Si quiere profundizar más en sus conocimientos, tenemos varios artículos relacionados sobre productos de temperatura: 

• ¿Qué cable de termopar es mejor para mi aplicación?
• Cómo funciona una RTD
• Cuándo utilizar un RTD o un termopar

Mientras tanto descargue nuestra guía para aprender más sobre las soluciones de medición de temperatura de Ashcroft.