¿Es un termosensor PT100 lineal?
Como proveedor de termosensores PT100, a menudo encuentro preguntas de los clientes sobre la linealidad de estos sensores. Comprender la linealidad de un termosensor PT100 es crucial para diversas aplicaciones, ya que afecta directamente la precisión y confiabilidad de las mediciones de temperatura. En esta publicación de blog, profundizaré en el tema de si un termosensor PT100 es lineal, explorando los principios detrás de su funcionamiento, factores que afectan la linealidad y las consideraciones prácticas para los usuarios.
Principios de Termosensores PT100
Antes de discutir la linealidad, es esencial comprender cómo funcionan los termosensores PT100. Un termosensor PT100 es un tipo de detector de temperatura de resistencia (RTD) que utiliza el platino como elemento de detección. Platinum tiene varias propiedades deseables para la detección de temperatura, incluida la alta estabilidad, una excelente repetibilidad y una relación relativamente lineal entre resistencia y temperatura en un amplio rango.
La resistencia de un termosensor PT100 cambia con la temperatura de acuerdo con una ecuación bien definida. La función de referencia más común para los sensores PT100 es la ecuación Callendar - Van Dusen:
[R_t = r_0 (1+ a t+ bt^2+ c (t - 100) t^3)]
donde (r_t) es la resistencia a la temperatura (t) (en ° C), (r_0) es la resistencia a 0 ° C (que es 100 Ω para un sensor pt100), (a = 3.9083 \ times10^{-3} \ ° C^{-1}), (b = -5.775 \ times10^{-7} \ ° C^{-2 {y 2 {), y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 {y 2 { (C = -4.183 \ Times10^{-12} \ ° C^{-4}) para temperaturas por debajo de 0 ° C. Para temperaturas superiores a 0 ° C, el término (c) se establece en cero.
Linealidad de los termosensores PT100
En un rango de temperatura limitado, un termosensor PT100 puede considerarse aproximadamente lineal. La aproximación lineal de la relación resistente - temperatura viene dada por:
[R_t \ aprox r_0 (1+ \ alfa t)]
donde (\ alfa) es el coeficiente de temperatura de resistencia (TCR). Para el platino, el TCR es aproximadamente (0.00385 \ Ω/Ω/° C). Esta aproximación lineal es válida para intervalos de temperatura relativamente pequeños alrededor de una temperatura de referencia.
Sin embargo, al considerar un rango de temperatura más amplio, los términos no lineales en la ecuación de Callendar - Van Dusen se vuelven significativos. Por ejemplo, en aplicaciones industriales donde el rango de temperatura puede abarcar de - 200 ° C a +850 ° C, no se puede ignorar la no linealidad del termosensor PT100.
El grado de no linealidad es especificado por el fabricante en términos de la desviación máxima de la aproximación lineal en un rango de temperatura dado. Esta desviación a menudo se expresa como un porcentaje de la producción de escala completa o en grados Celsius.
Factores que afectan la linealidad
Varios factores pueden afectar la linealidad de un termosensor PT100:
1. Rango de temperatura
Como se mencionó anteriormente, la no linealidad de un termosensor PT100 aumenta con el ancho del rango de temperatura. Los términos de orden más alto en la ecuación de Callendar - Van Dusen se vuelven más significativos a temperaturas extremas, lo que hace que la relación de temperatura de resistencia real se desvíe de la aproximación lineal.
2. Tolerancias de fabricación
La calidad del material de platino y el proceso de fabricación también puede afectar la linealidad. Las variaciones en la pureza del platino, la estructura del elemento de detección y el proceso de calibración pueden introducir pequeñas desviaciones de la relación de temperatura de resistencia ideal.
3. Self -calefacción
Cuando se pasa una corriente a través del termosensor PT100 para medir su resistencia, el sensor disipa la potencia y se calienta. Este efecto de auto calefacción puede hacer que el sensor lea una temperatura más alta que la temperatura ambiente real, y también puede afectar la linealidad del sensor, especialmente en corrientes más altas.
Consideraciones prácticas para los usuarios
Al usar un termosensor PT100, es importante tener en cuenta su no linealidad para garantizar mediciones de temperatura precisas. Aquí hay algunos consejos prácticos:
1. Calibración
La calibración regular es esencial para corregir cualquier tolerancia no de linealidad y fabricación. La calibración implica comparar la salida del sensor con una temperatura de referencia conocida y ajustar el sistema de medición en consecuencia.
2. Selección de rango de temperatura
Elija un termosensor PT100 con un rango de temperatura que sea apropiado para su aplicación. Si es posible, limite el rango de temperatura para minimizar la no linealidad. Por ejemplo, si su aplicación solo requiere mediciones de temperatura entre 0 ° C y 100 ° C, un sensor especificado para este rango tendrá una mejor linealidad que un sensor diseñado para un rango más amplio.
3. Medición de corriente baja
Para minimizar los efectos de calefacción, use una técnica de medición de baja corriente. La mayoría de los instrumentos de medición de temperatura modernos están diseñados para aplicar una corriente muy pequeña al termosensor PT100 para reducir la disipación de energía.
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Conclusión
En conclusión, mientras que un termosensor PT100 puede considerarse aproximadamente lineal en un rango de temperatura limitado, exhibe un comportamiento no lineal en un rango más amplio. Comprender los principios detrás de su funcionamiento, los factores que afectan la linealidad y las consideraciones prácticas para su uso son esenciales para una medición precisa de la temperatura.
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Referencias
- Callendar, HL (1887). Sobre la medición práctica de la temperatura. Revista filosófica, 24 (147), 1 - 19.
- Van Dusen, GK (1911). Una nueva fórmula para la relación entre resistencia y temperatura para termómetros de platino. Oficina de Boletín de Normas, 7 (4), 431 - 443.
- Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). (2005). IEC 60751: termómetros de resistencia al platino industrial y sensores de temperatura del platino.
