El auto calentamiento en los RTD es el efecto que provoca que dos sensores Pt100 aparentemente idénticos, con el mismo certificado de calibración, la misma clase de tolerancia y la misma curva definida por la norma IEC 60751, indiquen temperaturas ligeramente diferentes en el mismo proceso.
En su interior, sin embargo, la historia es diferente: uno utiliza un elemento de película delgada depositado sobre cerámica, mientras que el otro presenta un hilo de platino enrollado con espacio para expandirse. Debido a esta diferencia en la construcción, el comportamiento cambia en al menos cinco aspectos: estabilidad, resistencia a las vibraciones, velocidad de respuesta, vida útil y un efecto que pocas personas consideran al especificar componentes: el auto calentamiento.
¿Cómo mide la temperatura un elemento Pt100?
La tecnología cambia, pero el principio sigue siendo el mismo: la resistencia eléctrica del platino aumenta de forma predecible con la temperatura, tal como establece la norma IEC 60751.
El instrumento aplica una pequeña corriente al elemento y lee la tensión resultante. A partir de esta lectura, calcula la resistencia y, en función de ella, la temperatura, según la curva establecida por la norma.
Por lo tanto, esta misma corriente de medición es la que da lugar al auto calentamiento en los RTD.
Película delgada: rápida, duradera y económica de fabricar.
El elemento de película delgada se origina a partir de una capa de platino depositada sobre un sustrato cerámico de alta estabilidad. Mediante procesos fotolitográficos y tratamientos térmicos, esta capa se transforma en una pista resistiva, que es el propio Pt100.
Este diseño ofrece ventajas concretas: dimensiones reducidas, buena resistencia a las vibraciones, respuesta térmica rápida, alta repetibilidad de fabricación y menor coste.
Por lo tanto, la maquinaria industrial, la automatización, los sistemas de climatización, la industria alimentaria y los servicios públicos utilizan películas delgadas en la mayoría de los casos. En estos entornos, la robustez mecánica prima sobre la estabilidad metrológica extrema, lo que explica por qué el PT100 domina la automatización industrial en comparación con otras tecnologías de medición.
Hilo enrollado: menor tensión mecánica, mayor estabilidad a lo largo de los años.
En el proceso de hilado de alambre, el fabricante enrolla un alambre de platino muy fino alrededor de un núcleo especial de cerámica o vidrio, lo que permite que se expanda y contraiga durante los ciclos térmicos.
De este modo, esta libertad mecánica reduce las tensiones internas que aparecen cuando el material se calienta y se enfría repetidamente.
En general, los elementos de alambre bobinado presentan menor deriva a largo plazo, mayor repetibilidad en ciclos sucesivos, menor histéresis y un rendimiento superior en calibraciones de alta precisión. Por lo tanto, los laboratorios de calibración, la industria farmacéutica y las plantas químicas de alta precisión siguen prefiriendo esta tecnología. Cuando el proceso no admite errores de décimas de grado, la estabilidad a largo plazo compensa el costo.
¿Película delgada o cable en bobina? ¿Cuál elegir?
En definitiva, ninguno de los dos gana en todas las situaciones.
La tecnología de película delgada prioriza la robustez mecánica, la respuesta rápida y la rentabilidad, mientras que el cable bobinado prioriza la estabilidad metrológica durante muchos años de funcionamiento.
En la práctica, las máquinas industriales utilizan con mayor frecuencia películas delgadas, los laboratorios prefieren el hilo hilado, la industria farmacéutica utiliza predominantemente hilo hilado y los procesos con alta vibración tienden a optar por películas delgadas.
La elección no debe limitarse a la clase de tolerancia indicada en la hoja de datos. Es fundamental comprender cómo funciona un sensor RTD y cuándo resulta más apropiado cada tipo de sensor antes de finalizar las especificaciones.
¿Qué es el auto calentamiento en los RTD?
Pocos operadores saben que un sensor RTD se calienta mientras se realiza la medición.
Esto sucede porque la corriente eléctrica utilizada para medir la resistencia disipa potencia en el propio platino, según la fórmula P = I² × R. Esta potencia suele ser pequeña, pero genera calor.
Cuando este calor no se disipa con la suficiente rapidez, el elemento sensor se calienta ligeramente por encima de la temperatura ambiente. Por lo tanto, el instrumento comienza a indicar una temperatura superior a la real. Este fenómeno se conoce como autocalentamiento o autocalentamiento en RTD.
Cuando el sobrecalentamiento en los RTD se convierte en un problema.
En los procesos industriales típicos, el error suele ser lo suficientemente pequeño como para no ser relevante. Sin embargo, en entornos de laboratorio, calibración, metrología o medición de gases con caudales bajos, este efecto puede representar una parte significativa de la incertidumbre total.
La magnitud del error depende de varios factores: la corriente de excitación aplicada, la resistencia del elemento, el tamaño físico del sensor, la tecnología de construcción, la velocidad del fluido, la capacidad de disipación térmica y el tipo de encapsulación.
Los transmisores modernos controlan con precisión la corriente de excitación para reducir este efecto. Vea cómo un transmisor de temperatura procesa esta señal.
¿Influye el tipo de elemento en el auto calentamiento?
Sí, pero no solo.
Debido a que el elemento de película delgada tiene una masa reducida y un buen contacto térmico con el sustrato cerámico, generalmente disipa el calor de manera eficiente. Sin embargo, su comportamiento real depende del encapsulado y la instalación.
Por otro lado, el hilo bobinado presenta características térmicas diferentes y puede ofrecer una mayor estabilidad metrológica en aplicaciones de alta precisión. Sin embargo, esto también varía según el diseño general del sensor, no solo según el tipo de elemento.
¿Qué tecnología elegir?
Si la prioridad es la resistencia mecánica, la rápida vida útil y una buena relación costo-beneficio, la película delgada suele ser la opción adecuada. Sin embargo, cuando la prioridad es la estabilidad durante muchos años, la baja deriva, la alta precisión y las calibraciones periódicas con poca incertidumbre, el hilo bobinado sigue siendo la opción más apropiada.
¿Cómo especifica Alutal el Pt100 correcto para cada proceso?
Un error de auto calentamiento no calculado en los RTD, ya sea en un laboratorio, en una calibración de referencia o en una medición de gas de bajo caudal, puede consumir una parte significativa del presupuesto de incertidumbre, incluso con un sensor de Clase A en teoría. Al fin y al cabo, la tecnología del elemento, el encapsulado y la corriente de excitación aplicada determinan este error tanto como la clase indicada en la hoja de datos.
En las corrientes de excitación típicas de los transmisores industriales (entre 0,1 y 1 mA), el error de auto calentamiento suele oscilar entre décimas y unos cientos de milikelvin, dependiendo de la masa del elemento, el encapsulado y la velocidad del fluido. Si bien esto es pequeño para la mayoría de los procesos industriales, se vuelve significativo cuando la incertidumbre total requerida es del orden de décimas de grado, como en la calibración y la metrología.
Cómo Alutal analiza cada aplicación
Por lo tanto, en Alutal, la especificación de un Pt100 nunca se limita a la clase de tolerancia. Cada aplicación se somete a un análisis que considera la temperatura de funcionamiento, el entorno, la presencia de vibraciones, la precisión requerida, la estabilidad metrológica esperada y el impacto real de un error de lectura en el proceso. Una película delgada bien encapsulada puede disipar el calor de manera más eficiente que un hilo bobinado mal instalado; por otro lado, colocar una película delgada en una prueba de calibración que requiere una incertidumbre mínima a menudo genera retrabajo.
Alutal fabrica ambas tecnologías dentro de su línea completa de termómetros de resistencia Pt100 , incluyendo la serie con pozo protector para entornos agresivos o de alta presión , que permite cambiar el elemento sensor sin interrumpir el proceso. Además, cada sensor incluye una curva de calibración trazable, una clase de precisión documentada y soporte técnico para definir el encapsulado y la corriente de excitación adecuados para la aplicación, factores que determinan el tamaño real del auto calentamiento en condiciones reales.
Si va a especificar un nuevo sensor Pt100 o a revisar un diseño con antecedentes de deriva, errores de lectura o tiempos de inactividad inexplicables, consulte con nuestro equipo técnico antes de finalizar la hoja de datos. De esta forma, un análisis de la aplicación le evitará tener que reemplazar el sensor cada pocos meses o pagar por una precisión que el proceso no requiere.
