Diapositiva 1

1
Lección 4 Sensores de temperatura basados en
variación de resistencia

• RTDs- Termistores. NTCs y PTCs

2
RTD Introducción

• RTD Resistance Thermal Detector.
• Formadas por un hilo metálico cuya resistencia
  varía con la temperatura.
• Relación lineal aproximada
• Metales usados níquel, cobre y platino (puro o
  con impurezas)

R0Resistencia a T0ºC ?Coeficiente de
temperatura T Temperatura
a (ºC-1)
3
RTD Introducción

• Relación más exacta, de segundo orden

R0Resistencia a T0ºC ?Coeficiente de
temperatura T Temperatura
a (ºC-1)
A (ºC-1)
B (ºC-2)
Metal
Platino puro
0,003927
0,003986
5,88?10-7
Platino impuro
0,00395
0,00390
5,7?10-7

• Representación gráfica y ordenes de magnitud

Ni
W
5
Pt
T (ºC)
1
0
800
4
RTD Aspectos constructivos

• Disposiciones típicas

Película delgada
Mica
Tubo cerámico
Hilo

• Aspectos varios
• Material más usual Platino
• Alta precisión
• Baja no linealidad (menor de 0,5ºC entre 0-100ºC)
  
• Circuito de medida usual puente de Wheatestone
• Tensión de alimentación debe ser baja
• Minimiza el autocalentamiento
• Tensiones típicas menores de 2V para R en torno a
  100 W

5
RTD Aspectos constructivos II

• Bobinada

• Bobina suspendida

• Película

6
Aspecto
7
RTD Técnicas de medida

• Puente de Wheastone. Medida por comparación

U
Se varía RX hasta que US sea igual a cero
R2
R1
US
No depende de U
RT(T)
R3
8
RTD Técnicas de medida

• a) Circuito de medida puente de Wheatestone
  (Deflexión)

Ucc
R2
Rx
R1
R1
?20?Rx
Compensación
RT(T)
RT RTD
9
RTD Técnicas de medida

• Otros circuitos de medida convertidores
  resistencia - tensión

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RTD Técnicas de medida
Circuitos de alimentación estables Referencias de
tensión
REF200Dos salidas de 100?A Precisión inicial
0,5Coeficiente temperatura 25 ppm/ºC
LM336-2.5Salida 2,5V.
AD581L Salida 10 VPrecisión incial
5mVCoeficiente de temperatura 5ppm/ºC
LM4140Salidas desde 1.024V a 4.096V (dep.
modelo)Precisión inicial 0,1Coeficiente
temperatura 3, 6, 10 ppm/ºC (dep. modelo).
11
RTD Aplicaciones
12
Termistores NTCs

• NTC Negative Temperature Coefficient
• La resistencia disminuye con la temperatura
• Basadas en semiconductores
• Óxidos de Cobre, Níquel, Manganso, etc.
• También se conocen como termistores
• Símbolo

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Termistores NTCs
ö
æ
1
1

ç
-
B

ç
T
T


ø
è
e
R
R
0
0
T

• R0 Resistencia a T0 (normalmente 25ºC)
• B Temperatura característica (en K)
• T Temperatura en cuestión
• T y T0 en K

14
Termistores NTCs

• R0

• B entre 1500 y 7000 grados K
• Sensibilidad ?
• Margen de medida desde -60ºC hasta 300ºC
• A temperaturas inferiores R es muy elevada
• A temperaturas superiores la sensibilidad es muy
  baja

-3/-5 ºC-1 (25ºC) -6,4/-11,3 ºC-1
(-60ºC) -2,1/-3,7 ºC-1 (100ºC)

• Tiempo de respuesta 2-20 segundos

15
Termistores NTCs

• La temperatura se modifica por autocalentamiento

U
I
R
T
P
R
T
T
a
a
?
?

• T Temperatura de la NTC (en K)
• Ta Temperatura del entorno (en K)
• R? Resistencia térmica (ºC/W)
• P Potencia que disipa

• I Corriente
• U Tensión

• U

• I

Por lo tanto
16
Termistores NTCs

• Corrientes pequeñas (aplicación medida
  de temperatura)
• Corriente medias
• (aplicación medida caudal)
• Corrientes grandes

U
Resistencia negativa
Pmax
I
B
-


T
e
R
R
0
0
17
Termistores NTCs
18
Termistores NTCs

• Circuito de medida típico

Zona lineal!!
Us
R


U
U
1
s

R
R
T
1
T
Cómo escoger R para que la medida sea lineal en
el rango de interés?
19
Termistores NTCs
Linealización en torno al punto central de medida

• Obtención de R1
• Se linealiza alrededor del punto de inflexión de
  la curva en S

-
T
B
2


R
R
C
T
1

T
B
2
C
C

• Obtención de U (alimentación)
• U alta autocalentamiento
• U baja baja sensibilidad
• Error autocalentamiento ?T

(
)


D
potencia
P
P
R
T

?
2
U
(
)


R
R
cuando
P
P
T
max
max
1

R
4
1
D

T
R

2
U
1
max
R
?
20
Termistores NTCs
Linealización en torno al punto central de medida

• Sensibilidad

Recta de calibración


B
R
R
U
dU



)
(
T
S
1
T
S
(
)
2
2
T
dT

R
R
1
T
Zonas de máximo error de linealidad
Us

• Para TTC

ö
æ
2
B
U
(
)

ç
-


1
T
S

ç
C

2
4
T
B
ø
è
C

• Recta de calibración

(
)
(
)
(
)
T



T
T
S
T
U
T
U
C
C
S
S

• Error máximo. Suma de
• Error de autocalentamiento
• Error en los extremos de medida (error de
  linealidad)

TC
TH
TL
Rango de medida
21
Termistores NTCs
Linealización en torno al punto central de medida
Us(TC)

• Otra recta de calibración
• Menor error en los extremos
• Mayor error en el centro

Recta de calibración
Us(TL)
T
TC
TH
TL

• Otra forma de determinar R1
• Menor error en los extremos
• Mayor error en el centro

s

U
U
R
U





U
U
1
(
)
R
s



T
f
s
R
R
1

T
1
T
1
R
1
R

s
0
R
1
T (ºC)
22
Termistores NTCs
Supresión del offset
U

• Mediante un restador

-tº
RT
Us
Restador
R1

• Mediante medida en puente

-tº
RT
R2
U
Amplificador diferencial
A
R1
R3
23
Termistores NTCs
Linealización mediante paralelizado
RT
RT

R
R

T
1
R
P

R1
RT
R
R
T
1
dR
1
B
1
Disminuye la sensibilidad

-



a
P
R
2
RP
dT
R
T

T
1
P
R
1
Obtención de R1 (forzar tres puntos de paso en la
curva)
T
(
)
(
)
(
)
(
)
-

-
T
R
T
R
T
R
T
R
3
P
2
P
2
P
1
P
-

-
T
T
T
T
3
2
2
1
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)


-


T
R
T
R
2
T
R
T
R
T
R
3
T
1
T
3
T
1
T
2
T

R
(
)
(
)
(
)
1

-

T
R
2
T
R
T
R
Posible circuito de medida
2
T
3
T
1
T
24
Termistores NTCs
RT
(disminuye con T)

• Medida de temperatura

• Compensación de resistencias

Rmetálica
(aumenta con T)
(Se puede conseguir que el conjunto apenas
dependa de T)

• Medidas basadas en la resistencia térmica

Entorno de referencia
Entorno de ensayo
Entorno de ensayo
Entorno de referencia
Medida
RT
Remanso
Corriente
-tº
RT
Caudal
U
Zona aireada
Vacío
Nivel vacío
U
R1
R1
CO2
Aire
Concentración CO2
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Termistores PTCs

• PTC Positive Temperature Coefficient
• Símbolo
• Existen dos tipos
• Regenerativas presentan un cambio muy brusco de
  resistencia a una temperatura de terminada
• No regenerativas el cambio es más gradual

tº
tº
26
Termistores PTCs
R
R2
R
R2
R1
R1
T
Tc
T
Regenerativa
No Regenerativa

• El cambio de resistencia es muy acentuado
• (p.e R1100?, R21M?)
• La temperatura de cambio suele estar entre 50ºC y
  140ºC

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Termistores PTCs

• Detección de umbrales de temperatura

U
R
UC
Comparador
tº
Us

• Protección de circuitos electrónicos

tº
Corriente elevada
Circuito electrónico
Calienta la PTC
Carga
i
Cambia la resistencia
Se desconecta la carga
Funciona como un fusible, pero no se destruye
28
(No Transcript)