ELECTRONICA DE SEGURIDAD 15 FUNDAMENTOS DE LA RTD ¿Por qué fijarse en la temperatura y la seguridad funcional? Una buena razón es que la temperatura es el parámetro físico que más se mide. Suele estar relacionado con aplicaciones de seguridad o críticas, y se apoya en una amplia selección de transductores. Entre ellos están los RTD, que son conceptualmente simples: aprovechan el conocido y repetible Coeficiente de temperatura de resistencia (TCR) de metales como el níquel, el cobre y el platino. Los RTD de platino con resistencia de 100 ohm (Ω) y 1000 Ω a 0 °C son los más utilizados y pueden emplearse en un rango de -200 °C a +850 °C. Estas RTD tienen una relación resistencia-temperatura muy lineal en este intervalo de temperatura; para situaciones de precisión ultraelevada, existen tablas y factores de corrección y compensación que pueden aplicarse. El RTD de platino con una resistencia nominal de 100 Ω (designado como PT100) tiene una resistencia típica de 18 Ω a -200 °C y 390,4 Ω a +850 °C. El uso de un RTD requiere que sea excitado por una corriente conocida que suele mantenerse en torno a 1 miliamperio (mA) para minimizar el autocalentamiento. También se utilizan otros valores de corriente, en función de la resistencia nominal de la RTD. La caída de voltaje a través del RTD se mide simultáneamente mediante un AFE compuesto por un amplificador de ganancia programable (PGA) y, en casi todos los casos, un convertidor de analógico a digital (ADC) junto con una unidad de microcontrolador (MCU) (Figura 2). La topología del circuito de este esquema básico es idéntica al uso de una resistencia/resistor de detección para determinar la corriente a través de una carga, pero aquí las variables conocidas y desconocidas se conmutan. Para la detección de corriente, la resistencia es conocida mientras que la corriente es desconocida, por lo que el cálculo es I = V/R. En el caso de los RTD, se conoce la corriente, pero no la resistencia, por lo que el cálculo es R = V/I. El PGA es necesario para mantener la integridad de la señal y maximizar el rango dinámico, ya que los niveles de tensión a través de la RTD pueden oscilar entre decenas de milivoltios y cientos de milivoltios, dependiendo del tipo de RTD y de la temperatura. La conexión física entre la fuente de excitación, el RTD y el PGA puede ser una interfaz de dos, tres o cuatro hilos. Aunque en principio basta con dos terminales, hay problemas relacionados con la caída de IR en los terminales de conexión, además de otros artefactos. El uso de las topologías de tres y cuatro hilos en una conexión Kelvin más avanzada da como resultado un rendimiento más preciso y uniforme, aunque aumente los costes de cableado (figura 3). Figura 1: En un sistema funcionalmente seguro, no puede haber duda ni ambigüedad de que este interruptor hará lo que dice que está diseñado para hacer. (Imagen: Pilla vía City Electric Supply Co.) Figura 2: El uso de un RTD para medir la temperatura requiere la conducción de una corriente conocida a través del RTD y la medición de la caída de voltaje a través de él, a continuación, aplicar la Ley de Ohm. (Fuente de la imagen: Digi-Key). Figura 3: La RTD puede controlarse y detectarse mediante sólo dos cables (izquierda), pero el uso de tres cables (centro) e incluso cuatro cables (derecha, conexión Kelvin) permite eliminar diversas fuentes de error debidas a los cables. (Fuente de la imagen: Analog Devices).
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