Platinum RTD Elements
Por mais de 100 anos, devido à sua alta pureza e características físico-químicas muito especiais, a platina tem sido usada como o melhor material de base para sensores de temperatura. Os sensores que utilizam este metal nobre atendem, de maneira quase ideal, os requisitos necessários para uma operação perfeita e confiável durante muitos anos de serviço.
Entre as vantagens da utilização da platina como material sensor, pode-se destacar sua alta estabilidade, repetibilidade e a possibilidade de operar de forma bastante linear dentro de uma ampla faixa de operação (-200 °C a + 850 °C podendo chegar a +1.000 °C em alguns casos especiais).
Informações Técnica
As vantagens das propriedades especiais da platina, quando utilizadas em sensores de temperatura, são evidentes quando comparadas aos sensores que utilizam outros materiais como semicondutores (KTY®) ou Termístores (NTC):
Entre as vantagens destacam-se:
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Alta precisão
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Baixo desvio
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Histerese baixa
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Vida útil extremamente longa
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Elevado sinal de saída e, consequentemente, de fácil manuseio eletrônico
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Ampla faixa de temperatura de -200 a +1000 °C.
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Curva dR / dT bastante linear
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Alta Repetibilidade
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Totalmente intercambiável
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Alta resistência ao choque térmico
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Excelente estabilidade em qualquer faixa operacional
Os sensores de platina têm em geral o valor de resistência de 100 Ohm @ 0 °C.
Por este motivo, os RTDs de platina são normalmente chamados de sensores Pt 100, embora existam no mercado termorresistores de platina com valores de resistência @ 0 °C de 25, 500, 1000 e até 10.000 Ohm, dependendo da aplicação e da tecnologia de fabricação.
A curva típica de sensores industriais de platina apresenta um coeficiente nominal de 0.3850 Ohm / K, porém, existem outros coeficientes que também podem ser utilizados, como 0.3916 Ohm / K, 0.3750 Ohm / K e 0.3925 Ohm / K.
Princípio de operação do sensor de platina
Os sensores de temperatura que utilizam platina têm como princípio de funcionamento a alteração da resistência elétrica em função da variação da temperatura. Tal incremento na resistência elétrica provoca uma curva específica que pode ser definida matematicamente.
Esta curva específica é definida e aceita internacionalmente pela Norma IEC 60751 que determina o α para a platina (Alfa).
As tecnologias de fabricação de RTDs de platina mais usadas industrialmente podem ser divididas basicamente em duas categorias: Cerâmica (CWW) ou Filme Plano.
onde Rt é a resistência a 100 ° C e Ro a resistência a 0 ° C.
Por convenção, escrevemos o coeficiente de temperatura do sensor de platina como:
A curva padrão é constituída a partir da equação de Callendar Van-Dussen, que define a resistência em função da temperatura da seguinte forma:
Para -200 ≤ t <0 ° C:
Onde
t = temperatura ITS-90 em ° C
Rt = Resistência à temperatura t em Ω
Ro = Resistência a 0 ° C em Ω
e a constante:
Para t ≥ 0 ° C:
Para realizar o cálculo reverso, ou seja, para calcular a temperatura (°C) em função da resistência, deve-se utilizar as equações fornecidas pela Norma ASTM E1137 / E1137M:
Para t <0 ° C:
Onde
t = temperatura ITS-90 em ° C
Rt = resistência à temperatura t em Ω
Ro = resistência a 0 ° C em Ω
A constante:
A = 3.9083 3 10−3 °C−¹
B = −5.775 3 10−7 °C−²
D1 = 255.819 °C
D2 = 9.14550 °C
D3 = −2.92363 °C
D4 = 1.79090 °C
Para t ≥ 0 ° C:
Padrões e Tolerâncias
Como citado anteriormente, os RTDs são especificados por seus coeficientes de temperatura correspondentes e, para tanto, existem alguns padrões.
Nas últimas décadas, a tendência mundial tem sido adotar o padrão IEC 60751 como padrão. As faixas de temperatura, bem como as classes de tolerância no Padrão são baseadas na experimentação prática dos elementos sensores RTD, fabricados com duas tecnologias:
Valores de tolerância: Os valores de tolerância do RTD são classificados em duas tabelas distintas, de acordo com a tecnologia de fabricação. Cada tabela, por sua vez, é dividida em quatro classes de tolerância de acordo com os valores mostrados a seguir:
|t|, modulo de temperatura em °C
Tolerâncias Especiais
Existem também duas classes de tolerância que até agora não foram padronizadas. No entanto, a IEC 60751 aceita essas classes especiais, desde que o fornecimento de RTDs com essas tolerâncias seja acordado entre o fabricante e o usuário. As classes especiais mais aceitas utilizadas no mercado mundial são 1/5 e 1/10 dos valores de W0.3, respectivamente, W0.06 ± (0.06 + 0.001 | t |) e W0.03 ± (0.03 + 0.0005 | t |).
Além das tolerâncias, as classes especiais também podem definir faixas de temperatura de trabalho mais extensas, que podem abranger valores de -200 a +900 ºC, dependendo do fabricante e da tecnologia de fabricação.
Corrente de medição:
A corrente de medição de um RTD, de acordo com a norma IEC 60751, deve ser limitada a um valor sob o qual o autoaquecimento (expresso em °C/mW), representa, no máximo, 25% do valor de tolerância da classe nas condições de corrente máxima.
A corrente de medição usualmente convencionada não é maior do que 1mA para um sensor cerâmico de 100Ω.
Configuração dos fios de conexão:
Os sensores montados com uma classe de tolerância W0.3 ou F0.3 devem ser conectados ao circuito eletrônico com uma configuração de 3 ou 4 fios. Os sensores montados também podem apresentar uma construção com um ou dois módulos RTD.
Para ambos os casos, o padrão IEC 60751 define as configurações de conexão:
Isolamento dos sensores de temperatura montados:
O isolamento dos sensores montados deve seguir um padrão mínimo; caso contrário, a falta de isolamento pode causar instabilidade na leitura do sensor. Por padrão, os valores exigidos em função da temperatura são os seguintes:
Tecnologias de fabricação e RTD:
As tecnologias de construção RTD de platina mais usadas industrialmente podem ser divididas basicamente em duas categorias: Cerâmica (CWW) ou Thin Film.
Cada tecnologia possui suas características e aplicações típicas. O sensor cerâmico tem como principal característica a construção clássica, na qual uma bobina de platina é alojada dentro de um tubo cerâmico de alta pureza. Já o sensor Thin Film é caracterizado por uma fina película de platina em forma de meandro, aplicada sobre um substrato cerâmico de alta pureza.
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