Pt100 - Sensores de temperatura

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Errores de medición en la medición eléctrica de la temperatura con sensores Pt100

Además de la precisión básica de los sensores Pt100, pueden producirse los siguientes errores adicionales:

• Error debido al autocalentamiento
• Error debido al cable de conexión
• Errores debidos al aislamiento
• Tensiones termoeléctricas parásitas

Error debido al autocalentamiento del sensor Pt100

Para medir la resistencia de un sensor Pt100, debe circular una corriente a través de él. La corriente de medición genera una pérdida de potencia y, por tanto, calor en el sensor. El error de medición asociado a una indicación de temperatura más elevada depende de diversas variables que influyen:

• Altura de la resistencia de medición de la temperatura
  Una sonda Pt1000 se calienta diez veces más que una resistencia Pt100.
  
• Disipación del calor generado
  El accesorio de medición debe instalarse de forma que quede rodeado de forma óptima por el medio. Cuanto mayor sea la velocidad de flujo del medio a medir, mayor será la disipación de calor.
  Especialmente en volúmenes pequeños o gases en reposo, los errores de medición pueden ser considerables.
  
• Medir la corriente
  Hoy en día, lo habitual es una corriente de medición de 1 mA. Esto significa una pérdida de potencia de 0,0001 vatios.
  Si se conoce el coeficiente de autocalentamiento (E) del accesorio de medición, se puede calcular la corriente de medición óptima mediante la siguiente fórmula para el error de medición máximo deseado.
  E = t/(R * I²)
  
  La corriente de medición máxima para la desviación de medición tolerada se calcula entonces a partir de la fórmula:
  I = (t/E -R)₂
  
  E= Coeficiente de autocalentamiento
  t= (temperatura indicada) - (temperatura del medio)
  R= Resistencia del sensor de temperatura
  I= Medir la corriente
  
• Capacidad calorífica y conducción del calor del accesorio de medición
  Al instalar la resistencia de medición Pt100, debe optimizarse la transferencia de temperatura (por ejemplo, pasta térmica, material aislante adecuado). El material del accesorio de instalación debe tener la mayor conductividad térmica posible (por ejemplo, metales).
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Error debido al cable de conexiónr

El error de línea resulta de la conexión del termómetro de resistencia Pt100 a la electrónica de evaluación con un cable de conexión de 2 hilos (conexión de dos hilos). La resistencia del cable de conexión se incluye en la medición como error.
Esto puede dar lugar a errores de medición considerables, especialmente con cables de conexión largos y diámetros de cable pequeños. En los analizadores modernos, la resistencia del cable de conexión puede compensarse, pero las fluctuaciones de temperatura del cable no pueden tenerse en cuenta. Las resistencias de la Pt100 y del cable de conexión se suman, lo que hace que se muestre una temperatura más alta.

Esto puede remediarse conectando la Pt100 en tecnología de 3 ó 4 hilos.
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Errores debidos al aislamiento

La penetración de humedad en el sensor o en el material aislante entre los cables de conexión provoca un error de medición (temperatura más baja).
Normalmente, los sensores están suficientemente protegidos contra la humedad. No obstante, al fabricar el inserto de medición debe procurarse utilizar materiales aislantes absolutamente secos y un sellado cuidadoso.
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Tensiones termoeléctricas parásitas

Se produce una tensión termoeléctrica cuando se conectan diferentes metales. Estas uniones metálicas se producen, por ejemplo, al prolongar los cables de conexión de los sensores con hilos de cobre. Normalmente, los puntos de conexión tienen la misma temperatura y, por tanto, se anulan mutuamente en términos de valor. Sin embargo, si hay diferentes temperaturas en los puntos de conexión, por ejemplo debido a una disipación de calor diferente, se producen diferentes tensiones termoeléctricas que provocan una caída de tensión que el dispositivo de evaluación interpreta como una modificación de la resistencia del sensor Pt100. Se produce un error de medición.
La magnitud del error de medición depende en gran medida del dispositivo de evaluación y del tipo de conexión seleccionado (2, 3 ó 4 hilos).
Detección de fallos por inversión de la corriente medida. Cuanto mayor sea la diferencia entre los valores medidos, mayor será la tensión termoeléctrica presente.
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Tiempo de respuesta (T₅₀, T₆₃, T₉₀)

En muchas aplicaciones, la rapidez con la que un sensor de temperatura reacciona a un cambio de temperatura es crucial para controlar y regular con precisión el proceso.
Como un sensor de temperatura sólo reacciona con retardo, sobre todo si la temperatura del medio cambia bruscamente, pueden producirse errores de proceso no deseados o incluso daños en máquinas o sistemas.
La rapidez con la que un sensor de temperatura Pt100 reacciona a un cambio de temperatura depende de varios factores.

• Estructura del sensor de temperatura
  El sensor Pt100 debe tener el mejor contacto posible con el accesorio protector circundante (por ejemplo, con pasta conductora del calor). Cuanto menor sea la masa del sensor y del accesorio protector, más rápido reaccionará el sensor de temperatura a los cambios de temperatura. Los sensores de temperatura definidos como de respuesta rápida suelen tener una punta de medición cónica.
• Medio de medición
  Dependiendo del medio que se vaya a medir, la transferencia de calor del medio de medición al sensor de temperatura varía. Como los gases son malos conductores del calor, la transferencia de calor es más lenta con los gases que con los líquidos. El caudal también influye en la transferencia de calor del medio al sensor de temperatura Pt100. Cuanto más rápido fluya el medio, más rápida será la transferencia de calor.
• Instalación del sensor de temperatura
  Para garantizar una transferencia de calor óptima entre el medio y el sensor de temperatura y evitar pérdidas de calor, el termómetro de resistencia debe sumergirse lo más profundamente posible en el medio. También es importante garantizar que el medio fluya de forma óptima alrededor del sensor y que no esté rodeado de medio estancado (zonas de agua muerta).

Um eine vergleichbare Aussage über die Reaktionsgeschwindigkeit eines Pt100 Temperaturfühlers zu bekommen wurde in DIN 60751 bzw. im amerikanischen Raum in der ASTM E644-11 die „Ansprechzeit“ definiert.
Diese gibt an, welche Zeit ein Temperatursensor benötigt, um von einer bestimmten Anfangstemperatur auf 50% (T₅₀), 63% (T₆₃) oder 90% (T₉₀) des Temperaturunterschiedes zwischen Anfangs- und Endtemperatur zu kommen.

Ejemplo:
Aumento rápido de la temperatura del medio de 50 °C a 100 °C
Esto supone un aumento de temperatura del 50 °C.
Por lo tanto, el valor T₅₀ es: 75 °C = 25 °C (50% del salto de temperatura) + 50 °C (temperatura inicial) según corresponda: T₆₃ Tiempo necesario para que el sensor de temperatura alcance 81,5 °C
T₉₀ Tiempo necesario para que el sensor de temperatura alcance 95 °C

El tiempo de respuesta de un sensor de temperatura Pt100 lo determina el fabricante y se especifica en la ficha técnica. Correctamente, también debe especificarse el intervalo de temperatura en el que se ha realizado la medición.
Ejemplo: T₅₀: 0,5 segundos de 50 a 100 °C

También se suele utilizar T_0,5 en lugar de T₅₀, T_0,63 en lugar de T₆₃ o T_0,9 en lugar de T₉₀.

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