Sensores Pt-100

HISTÓRIA DA ORIGEM DOS PT-100

A descoberta de que a resistividade dos metais demonstrava uma acentuada dependência da temperatura foi feita por Sir Humphrey Davy no mesmo ano em que Seebeck fez sua descoberta referente à termoeletricidade. Cinquenta anos depois, Sir William Siemens apresentou a utilização da platina como o elemento de um termômetro de resistência.

Vantagens da Utilização de um Pt-100

O PT-100 é um dos sensores de temperatura mais precisos. Não só proporciona uma precisão de qualidade, como também fornece excelentes estabilidade e repetibilidade. A maioria dos Pt-100 da OMEGA™ reúne conformidade com a norma DIN-IEC Classe B. Os Pt-100 também são relativamente imunes a ruídos elétricos e, portanto, servem bem para medição de temperatura em ambientes industriais, sobretudo em se tratando de motores, geradores e outros equipamentos de alta tensão.

Construção de uma Sonda de PT-100

A sonda é um conjunto composto por um elemento, uma bainha, um condutor e uma terminação ou conexão. Após a seleção do elemento Pt-100, as exigências de fiação e empacotamento precisam ser determinadas. Há uma série de maneiras de se ligar os fios dos sensores, juntamente com uma quantidade ilimitada de construções da sonda ou do sensor como opção.

Disposição da Fiação
Para medir a temperatura, o elemento Pt-100 deve ser conectado a algum tipo de equipamento de controle ou monitoramento. Como a medição de temperatura se baseia na resistência do elemento, qualquer outra resistência (conexões, resistência dos condutores, etc.) adicionada ao circuito resultará em erro de medição. Exceto pela configuração de 2 fios, todas as outras disposições de fiação permitem que os equipamentos de controle ou monitoramento não levem em conta a resistência indesejada dos condutores e as outras resistências que ocorrem no circuito. Sensores que utilizam a configuração de 3 fios são os mais comuns, encontrados em aplicações industriais de processo e monitoramento. A resistência dos condutores é descontada, contanto que todos os condutores tenham a mesma resistência; caso contrário, podem acontecer erros.

Materiais da Fiação
Ao especificar os materiais dos condutores, deve-se tomar cuidado para selecionar os condutores certos para a temperatura e o ambiente a que o sensor será exposto durante seu funcionamento. Ao selecionar os condutores, a temperatura é, de longe, a principal consideração. Entretanto, propriedades físicas como as características de resistência à abrasão e imersão em água também podem ser importantes. As três configurações mais populares são:
- Sondas com Isolamento de PVC oferecem uma gama de temperatura de -40 a 105°C, com boa Resistência à Abrasão e aplicável para Imersão em Água.
- Sondas Pt-100 com Isolamento de PFA oferecem uma gama de temperatura de -267 a 260°C, com Excelente Resistência à Abrasão. Também são ótimas para Aplicações de Imersão em Água.
- Embora as Sondas Pt-100 com Isolamento de Fibra de Vidro ofereçam uma gama de temperaturas mais elevada de -73 a 482°C, seu desempenho sob abrasão ou imersão em água não é considerado tão eficaz.

A Terminação
As sondas podem ter terminações com um cabeçote de conexão, desconexão rápida, bloco terminal, ou fio de extensão. Há disponibilidade de outros estilos de terminações mediante solicitação especial.

Configuração
Após o elemento Pt-100, a disposição da fiação e sua construção terem sido selecionados, a construção física do sensor precisa ser considerada. A configuração final do sensor dependerá de sua aplicação. A medição da temperatura de um líquido, superfície ou fluxo de gás exige configurações diferentes dos sensores.

OS MATERIAIS MAIS COMUNS DE RESISTÊNCIA PARA TERMORESISTÊNCIAS PT-100 SÃO:

1. Platina (mais popular e preciso)

2. Níquel

3. Cobre

4. Balco (raro)

5. Tungstênio (raro)

Padrões Pt-100

Existem dois padrões para Pt-100 de platina: o padrão europeu (também conhecido como DIN ou IEC) e o norte-americano. O europeu, também conhecido como DIN ou IEC, é considerado o padrão mundial para Pt-100 de platina. Esse padrão, DIN/IEC 60751 (ou simplesmente IEC751), exige que Pt-100 tenha uma resistência elétrica de 100,00 Ω a 0°C e um coeficiente de resistência por temperatura (TCR) de 0,00385 Ω/Ω/°C entre 0 e 100°C.

Há duas tolerâncias de resistência especificadas no padrão DIN/IEC751:
Classe A = ±(0,15 + 0,002*t)°C ou 100,00 ±0,06 Ω a 0ºC
Classe B = ±(0,3 + 0,005*t)°C ou 100,00 ±0,12 Ω a 0ºC

Duas tolerâncias de resistência utilizadas na indústria são:
1⁄3 DIN = ±1⁄3* (0,3 + 0,005*t)°C ou 100,00 ±0,10 Ω a 0ºC
1⁄10 DIN = ±1⁄10* (0,3 + 0,005*t)°C ou 100,00 ±0,03 Ω a 0ºC

A combinação da tolerância de resistência com o coeficiente de temperatura define as características de resistência vs. temperatura do sensor Pt-100. Quanto maior for a tolerância do elemento, mais o sensor se desviará de uma curva generalizada, e mais variação haverá de sensor para sensor (permutabilidade). Isso é importante para usuários que precisem alterar ou substituir os sensores e desejem minimizar os erros de permutabilidade.

Elementos Pt-100
O elemento Pt-100 é a forma mais simples de um Pt-100. É composto por um pedaço de fio envolto em um núcleo de cerâmica ou vidro. Devido ao seu tamanho compacto, os elementos Pt-100 costumam ser utilizados quando o espaço é muito limitado.

Elementos de Superfície Pt-100
Um elemento de superfície é um tipo especial de elemento de um Pt-100. É projetado para ser o mais fino possível, proporcionando, assim, um bom contato para a medição de temperatura de superfícies planas.

Sondas Pt-100
A sonda Pt-100 é a forma mais resistente de um Pt-100. Uma sonda é composta por um elemento Pt-100 montado no interior de um tubo de metal, também conhecido como bainha. A bainha protege o elemento do meio ambiente. A OMEGA™ oferece uma ampla variedade de sondas com diversas configurações.

Por que utilizar um Pt-100 em vez de um sensor termopar ou termistor?

Cada tipo de sensor de temperatura possui um determinado conjunto de condições para as quais é o mais adequado. Pt-100 oferecem várias vantagens:
• Uma ampla faixa de temperatura (aproximadamente -200 a 850°C)
• Boa precisão (melhor que termopares)
• Boa permutabilidade
• Estabilidade a longo prazo
Com uma faixa de temperatura que vai até 850°C, os Pt-100 podem ser utilizados em todos os processos industriais, menos nos de temperatura mais elevada. Quando feitas de metais como platina, são muito estáveis e não são afetadas por corrosão ou oxidação. Outros materiais como níquel, cobre e liga de níquel-ferro também já foram utilizados para Pt-100. No entanto, esses materiais não costumam ser utilizados, pois têm capacidades de temperatura mais baixas e não são tão estáveis ou repetíveis como a platina.

Medição da temperatura de um líquido com um Pt-100

Estilos de sensor tipo sonda costumam ser utilizados para medir líquidos. Podem ser simples como as nossas configurações das Sondas Pt-100 para todos os fins PR-10 e PR-11, ou envolvidas como as nossas PR-12, 14, 18, ou 19—com cabeças conectoras e transmissores. Uma escolha popular é o sensor de desconexão rápida, que pode ser utilizado da forma que chega, com conexões de compressão para instalação flexível, ou com a nossa alça de plástico PRS para transformá-lo em uma sonda portátil. Ao se medir a temperatura de ambientes agressivos como banhos de revestimento ou sistemas altamente pressurizados, os sensores podem ser revestidos com um material como o Teflon® PFA, ou podem ser alojados dentro de um poço termométrico para proteger o sensor de condições extremas.

Medição de Temperatura de Ar e Gás com Sensores Pt-100

As medições dos fluxos de ar e gás representam um desafio porque a razão de transferência de temperatura do fluido para o sensor é mais lenta que em líquidos. Portanto, os sensores projetados especificamente para utilização em ar ou gás posicionam o elemento sensor o mais próximo possível do material. Esses Sensores Pt-100 de Temperatura de Ar possibilitam que o elemento sensor fique praticamente em contato direto com o fluxo de ar. Com uma carcaça que contém espaços que permitem que o ar flua pelo elemento, essa configuração é muito popular na medição da temperatura do ar em laboratórios, ambientes limpos, e outros locais. Quando a situação exigir uma proteção um pouco maior para o sensor, uma opção é a utilização de um desenho semelhante ao do modelo RTD-860. Esse desenho apresenta uma sonda de pequeno diâmetro com um flange para montagem. A configuração será um pouco mais lenta para responder às alterações no fluxo de ar, mas isso proporcionará uma proteção aprimorada para o sensor.

Medições de Temperatura da Superfície

A medição da temperatura de uma superfície pode ser uma das mais difíceis de se fazer com precisão. Há uma grande variedade de estilos como opção, dependendo de como se deseja conectar o sensor, de quão sensível a mudanças de temperatura o sensor tem que ser e se a instalação será permanente. O Pt-100 de superfície mais preciso e de resposta mais rápida é o nosso sensor SA1-RTD. Quando aplicado a uma superfície, torna-se praticamente uma parte da superfície que está medindo. Os sensores de superfície também podem ser aparafusados, rosqueados, colados ou cimentados no lugar. O RTD-830 possui um orifício pré-usinado na carcaça para possibilitar a fácil instalação com um parafuso nº 4. O RTD-850 possui uma carcaça com extremidade rosqueada que permite sua instalação em um orifício rosqueado padrão nº 8-32. Esse Pt-100 é útil para medir a temperatura dos dissipadores de calor ou das estruturas em que já possam existir orifícios rosqueados.

Glossário dos Pt-100

» RTD (Detector de Temperatura por Resistência)
Acrônimo para dispositivo ou detector de temperatura por resistência. Um Pt-100 funciona segundo o princípio da alteração da resistência elétrica nos fios como uma função da temperatura.

» Elemento Pt-100
Porção sensora do Pt-100 que pode ser feita mais comumente de platina, níquel ou cobre. A OMEGA™ possui dois estilos de elementos: de fio enrolado e filme fino.

» Sonda Pt-100
Um conjunto composto por um elemento, uma bainha, um condutor e uma terminação ou conexão. A sonda Pt-100 da OMEGA™ é feita com um elemento de platina com curva europeia de 100 ohm (alfa = 0,00385).

» Pt-100 de platina
Também conhecida como Termoresistência e RTD Pt, os Pt-100 de platina costumam ser os mais lineares, estáveis, repetíveis e precisos de todos os Pt-100. O fio de platina foi escolhido pela OMEGA™ porque atende melhor às necessidades da termometria de precisão.

» Pt-100 de filme fino
incorporada a um substrato de cerâmica e aplainada para produzir o valor de resistência desejado. Os Pt-100 da OMEGA™ são feitos depositando-se a platina como uma película sobre um substrato e, em seguida, encapsulando ambos. Esse método possibilita a produção de pequenos sensores precisos e de resposta rápida. Os elementos de filme fino reúnem conformidade com os padrões de curva europeia/DIN 43760 e com a tolerância padrão de “0,1% DIN”.

» Pt-100 de Classe A
As mais altas tolerância e precisão do Elemento Pt-100, Classe A (IEC-751), Alfa = 0,00385

» Pt-100 de Classe B
As mais comuns tolerância e precisão do Elemento Pt-100, Classe B (IEC-751), Alfa = 0,00385

» Curva Alfa 0,00385
A Curva Europeia atende à tolerância padrão de “0,1% DIN” e reúne conformidade com o padrão DIN 43760

» Bainha
A bainha, um tubo com extremidade fechada, imobiliza o elemento, protegendo-o contra umidade e contra o ambiente a ser medido. A bainha também proporciona proteção e estabilidade aos condutores de transição com os frágeis fios dos elementos. As bainhas padrão da OMEGA™ são tubos de aço inoxidável 304 de 3 mm (1/8”) e 6 mm (1/4”) de DE. Há disponibilidade de outros diâmetros e materiais mediante solicitação.

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