La deriva en Pt100 es lo que diferencia, sobre el papel, dos sensores de Clase A de dos sensores con un rendimiento muy diferente tras meses de funcionamiento. Ambos salen de fábrica con un certificado de calibración, cumplen con las normas IEC 60751 de Clase A y, en los mismos puntos de calibración, indican prácticamente la misma temperatura.
A primera vista, parecen equivalentes. Sin embargo, tras unos meses de funcionamiento en una planta industrial, uno sigue indicando prácticamente la misma temperatura que el día de su instalación, mientras que el otro ya muestra una ligera desviación, capaz de comprometer un proceso crítico.
Ambos cumplían con los mismos estándares. Entonces, ¿por qué envejecen de manera diferente?
¿Qué certifica realmente la norma IEC 60751 Clase A?
La norma IEC 60751 define la relación entre la resistencia eléctrica y la temperatura para los termómetros de resistencia de platino, así como las tolerancias para cada clase de precisión: AA, A, B y C.
Cuando un Pt100 recibe una calificación de Clase A, significa que, durante la prueba, el error se mantuvo dentro del límite estándar en ese momento. En otras palabras, es una instantánea del rendimiento inicial.
Sin embargo, la norma no garantiza nada respecto a lo que sucede después de miles de ciclos térmicos, vibraciones mecánicas o exposición continua a altas temperaturas. Ahí es donde la construcción del elemento sensor comienza a marcar la diferencia.
Película delgada y alambre bobinado: misma precisión inicial, comportamientos diferentes.
Las líneas de película delgada y las de hilo bobinado cumplen con las mismas clases de precisión que la norma IEC 60751. Por lo tanto, lo que cambia es cómo envejece cada tecnología con el uso.
El elemento de película delgada utiliza una capa muy fina de platino depositada sobre un sustrato cerámico. Esta construcción garantiza una buena repetibilidad de fabricación, una alta resistencia mecánica y dimensiones reducidas.
Sin embargo, el platino permanece unido al sustrato durante toda la vida útil del sensor. Tras miles de ciclos de calentamiento y enfriamiento, el platino y la cerámica se expanden y contraen a ritmos diferentes debido a sus distintos coeficientes de dilatación térmica. Esto genera pequeñas tensiones mecánicas internas que, con el tiempo, pueden alterar las características eléctricas del elemento, origen físico de la mayor parte de la deriva en el Pt100 de película delgada. El entorno y la vibración influyen tanto como la tecnología del elemento, como se muestra en esta guía sobre cómo elegir el sensor de temperatura adecuado para entornos de alta presión.
En la mayoría de los procesos industriales, este efecto es pequeño y aceptable. Sin embargo, existe.
En el bobinado, el fabricante enrolla un hilo de platino muy fino alrededor de un soporte cerámico diseñado para permitir su expansión con menor restricción mecánica. Esta libertad reduce las tensiones internas acumuladas durante los ciclos térmicos. Como resultado, el sensor tiende a presentar menor deriva y mayor estabilidad durante su funcionamiento a largo plazo.
¿Qué es la deriva en Pt100?
El error más común es pensar que un sensor se "estropea" en el momento en que deja de medir correctamente. En la práctica, esto rara vez ocurre.
El comportamiento típico es la deriva: la alteración lenta y gradual de la lectura del sensor con el tiempo, incluso con una temperatura real constante. Esto se debe a factores como el envejecimiento natural del platino, las tensiones mecánicas internas, los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, la contaminación del elemento, la vibración continua y la exposición prolongada a altas temperaturas.
Por lo tanto, es particularmente importante en procesos donde una pequeña diferencia de temperatura altera la calidad del producto final.
La misma Clase A, dos actuaciones diferentes.
Imagínese dos quemadores Pt100 de Clase A instalados en un horno a 420 °C, funcionando de forma continua.
Durante la instalación, ambos indican prácticamente lo mismo y, después de miles de horas, ambos siguen funcionando.
Sin embargo, uno de ellos puede haberse desviado unas décimas de grado, mientras que el otro conserva su calibración casi original. Por lo tanto, siguen midiendo, pero ya no ofrecen el mismo rendimiento metrológico.
En los procesos industriales típicos, esta diferencia rara vez es evidente. Sin embargo, en laboratorios, la industria farmacéutica, los procesos químicos de alta precisión, la fabricación de semiconductores o la calibración de instrumentos, puede determinar si un lote se aprueba o se rechaza. Muchos de estos procesos ya monitorizan la temperatura con transmisores que compensan parte del error de lectura , pero ningún transmisor corrige la deriva del Pt100 causada por la propia tecnología del elemento.
La histéresis, el factor que se omite en las especificaciones técnicas.
La histéresis térmica es la diferencia en las lecturas que se produce cuando alguien calienta el sensor y luego lo enfría a la misma temperatura.
Cuanto menor sea la histéresis, mayor será la repetibilidad de la medición. En este sentido, los elementos de alambre bobinado suelen tener un mejor rendimiento, ya que experimentan menos tensión mecánica durante los ciclos térmicos.
¿Es inferior la película delgada?
De alguna forma.
Para la mayoría de las aplicaciones industriales, la película delgada es la mejor opción: alta resistencia mecánica, buena repetibilidad de fabricación, bajo costo, dimensiones reducidas y rápida respuesta térmica. Por lo tanto, estas características han convertido a esta tecnología en el estándar predominante en la automatización industrial moderna.
En aplicaciones que implican vibraciones, choques mecánicos y producción en grandes volúmenes, la película delgada suele ofrecer la mejor relación rendimiento-coste, mientras que el hilo enrollado sigue siendo la tecnología preferida cuando la prioridad es la máxima estabilidad metrológica durante muchos años.
En otras palabras, la elección depende de la aplicación, no de la clase de tolerancia de forma aislada.
Cómo evitar la deriva en Pt100 en la especificación
La decisión no debe limitarse a la exactitud inicial de la hoja de datos.
También conviene evaluar: la temperatura de funcionamiento continua, el número previsto de ciclos térmicos, la presencia de vibraciones mecánicas, la necesidad de recalibración periódica, la estabilidad requerida a lo largo de los años, la criticidad del proceso y el coste real de una deriva no detectada.
En muchos casos, pagar más por un elemento más estable resulta más económico que lidiar con años de deriva no detectada. Consulte también cómo funciona un RTD y cuándo utilizar cada tipo.
¿Cómo especifica Alutal el Pt100 correcto para cada proceso?
Dos sensores Pt100 pueden salir de fábrica con la misma clasificación IEC 60751 Clase A y, años después, presentar comportamientos muy diferentes. Esto no significa que un sensor sea defectuoso ni que la norma haya fallado. La clase de precisión certifica el rendimiento inicial; lo que determina la magnitud de la variación del Pt100 a lo largo de los años es la tecnología de fabricación, las condiciones del proceso y la calidad del diseño del elemento sensor.
En un horno que funciona continuamente a 420 °C, por ejemplo, una diferencia de unas décimas de grado entre dos sensores de Clase A instalados en el mismo punto es suficiente para rechazar un lote en un proceso farmacéutico o provocar que un horno cerámico se desajuste. Este tipo de error silencioso, que no genera ninguna alarma, es lo que se evita con la correcta selección del sensor.
Como referencia, una película delgada de Pt100 bien diseñada suele presentar una variación de unos pocos cientos de mΩ al año en uso continuo por encima de 300 °C, equivalente a décimas de grado, mientras que un hilo bobinado de calidad equivalente, en las mismas condiciones, tiende a presentar una variación mucho menor. La diferencia parece pequeña de forma aislada, pero se acumula a lo largo de los años de funcionamiento y en procesos con muchos puntos de medición, donde cada sensor fuera de la curva original distorsiona todo el perfil térmico.
Cómo Alutal especifica y fabrica Pt100
Por lo tanto, en Alutal, la selección entre sensores de película delgada y bobinados va más allá de la clase de tolerancia indicada en la hoja de datos. Cada aplicación se somete a un análisis que considera la temperatura de funcionamiento continua, el número previsto de ciclos térmicos, la vibración, el entorno de instalación y la estabilidad metrológica requerida a lo largo de los años. Además, la fabricación se rige por la norma IEC 60751 de principio a fin, con una curva de calibración trazable y una clase de precisión documentada para cada sensor.
Según este análisis, Alutal fabrica ambas tecnologías dentro de su línea completa de termómetros de resistencia Pt100 , incluyendo la serie con pozo de protección para procesos críticos y entornos hostiles , que permite la recalibración o el reemplazo del elemento sensor sin detener la línea de producción.
Si su proceso ya presenta recalibraciones inesperadas o resultados inconsistentes entre sensores de la misma clase, conviene revisar las especificaciones antes del próximo lote. Consulte con nuestro equipo técnico para definir el sensor adecuado que garantice la estabilidad que su proceso requiere.
