Termopar vs RTD: cómo elegir un sensor de temperatura para ensayos

La temperatura es la medida más habitual en un banco de ensayos, y la primera decisión es el tipo de sensor. Termopar vs RTD es una elección entre rango y robustez por un lado, y precisión y estabilidad por otro. Este artículo compara ambos tipos de sensor, explica los detalles de cableado que causan la mayoría de los errores de medida y enumera los módulos ICP DAS que leen cada tipo.

Cómo funcionan los dos sensores

Un termopar es una unión de dos metales distintos. Produce una pequeña tensión que depende de la diferencia de temperatura entre la unión de medida y el punto donde los hilos del termopar se conectan al cobre, la unión fría. Un termopar tipo K da unos 41 µV por °C, por lo que la entrada debe resolver microvoltios y rechazar el ruido.

Una RTD (detector de temperatura por resistencia) es una resistencia cuyo valor aumenta con la temperatura. Un Pt100 tiene 100 Ω a 0 °C y cambia unos 0,385 Ω por °C; un Pt1000 tiene 1000 Ω a 0 °C. El módulo de entrada hace circular una pequeña corriente por el sensor y mide la tensión en sus extremos.

Termopar vs RTD de un vistazo

Elija una RTD cuando necesite precisión y estabilidad entre unos −200 y +600 °C. Elija un termopar para temperaturas más altas, sondas pequeñas o rápidas, y condiciones mecánicas severas.

Compensación de unión fría

Un termopar mide una diferencia. Para obtener la temperatura absoluta, el módulo mide la temperatura en sus propios bornes y suma la tensión equivalente del termopar. Esta compensación de unión fría (CJC) es tan buena como la coincidencia de temperatura entre los bornes y el sensor de CJC, así que monte los módulos lejos de fuentes de calor y corrientes de aire. Lleve el cable de termopar o de extensión compatible hasta los bornes de entrada; una sección de cobre intermedia crea nuevas uniones a una temperatura desconocida.

Entre las entradas de ICP DAS, la ET-2218HS-16 y la USB-4018HS compensan automáticamente en cada canal. El M-7018-16-G y el acondicionador SG-3011 ofrecen un desplazamiento de CJC ajustable para una calibración fina. Para las placas PCI-1800U, la placa de bornes DB-8225 dispone de un circuito de unión fría en el canal de entrada analógica 1.

Resistencia de cable: conexiones RTD de 2, 3 y 4 hilos

En una conexión de 2 hilos, la resistencia de los cables se suma directamente a la del sensor.

Ejemplo práctico: un Pt100 con 10 m de cable de cobre de 0,5 mm² ve unos 0,34 Ω por conductor, o 0,69 Ω en el lazo. Dividido entre 0,385 Ω/°C, la lectura es unos 1,8 °C más alta de lo real. El mismo cable con un Pt1000 da un error de unos 0,18 °C, porque el sensor cambia diez veces más por grado.

Una conexión de 3 hilos usa un tercer cable para medir y restar la resistencia de los cables, suponiendo que todos los cables son iguales, y es la opción habitual para el cableado de bancos de ensayo. Una conexión de 4 hilos lleva la corriente de excitación por un par y mide la tensión por el otro, lo que elimina la resistencia de los cables del resultado; úsela para calibración y mediciones de referencia.

Los módulos M-7015P-G, ET-2215H, ET-7015 y ET-7215 proporcionan eliminación de la resistencia de cable a 3 hilos. El M-7033-G acepta RTD de 2, 3 y 4 hilos, con eliminación de la resistencia de cable para conexiones de 3 y 4 hilos.

Tiempo de respuesta y frecuencia de muestreo

El tiempo de respuesta del sensor depende sobre todo de su construcción y del contacto térmico con el objeto ensayado. Las uniones de termopar finas y expuestas reaccionan más rápido; una sonda con vaina de cualquiera de los dos tipos reacciona más despacio a medida que aumenta su diámetro.

El módulo de entrada también debe muestrear con suficiente rapidez. Los módulos multicanal estándar reparten su frecuencia de muestreo entre los canales: el M-7018-G muestrea 10 Hz en total sobre 8 canales y el M-7015-G 12 Hz sobre 6, lo que encaja con ensayos térmicos lentos. Para transitorios rápidos, la ET-2218HS-16 y la USB-4018HS muestrean termopares a 100 Hz por canal, y la ET-2215H muestrea RTD a 90 Hz por canal en modo rápido, con una precisión de ±0,1 % de FSR frente a ±0,05 % en modo normal a 1,5 Hz. El acondicionador de termopar SG-3011H tiene un tiempo de respuesta seleccionable por interruptor de 0,5 ms o 100 ms.

Qué módulos ICP DAS encajan

Entradas de termopar

• M-7018-G (8 canales) y M-7018-16-G (16 canales): módulos RS-485 con Modbus RTU y DCON, entradas diferenciales para los tipos J, K, T, E, R, S, B, N y C, además de rangos de tensión e intensidad. El M-7018R-G añade protección contra sobretensiones de 240 Vrms y detección de termopar abierto.
• M-7019R-G: entrada universal de 8 canales para termopares (incluidos los tipos L, M y L DIN43710), tensión e intensidad, con un rango individual por canal.
• ET-2218HS-16: módulo Ethernet de 16 canales con conectores estándar para termopar, 100 Hz por canal y CJC automática.
• USB-4018HS y USB-4018HS-16: 8 o 16 canales por USB, alimentados por el bus, precisión de ±0,5 °C y 100 Hz por canal.

Entradas RTD

• M-7015-G: módulo RS-485 de 6 canales para Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 y Cu1000 con detección de hilo abierto; el M-7015P-G añade eliminación de la resistencia de cable a 3 hilos. El M-7033-G tiene 3 canales para RTD de 2, 3 o 4 hilos.
• ET-2215H y ET-2215H-16: 8 o 16 canales RTD de alta velocidad por Ethernet, 90 Hz por canal.
• ET-7015 y ET-7215: módulos RTD Ethernet de 7 canales diseñados para cableado RTD de larga distancia.

Acondicionadores de señal

Para placas DAQ o PLC con entradas de tensión o intensidad, el SG-3011 (termopar) y el SG-3013 (RTD) convierten un sensor en una salida de tensión o intensidad, con aislamiento triple de 1000 VDC.

Envíe a nuestro equipo de ventas técnicas los tipos de sensor, rangos de temperatura, número de canales y frecuencia de muestreo requerida, y le sugeriremos los módulos adecuados.