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Principio de
Funcionamiento
El principio de medición de la temperatura con termómetros de resistencia está basada en la variación de valor de la resistencia eléctrica de un conductor metálico en función de la temperatura. De una forma aproximada, pero no por ello lejos de lo real, la variación de la resistencia eléctrica de un metal a raíz de la temperatura puede presentarse mediante la expresión: R(t) = R0 (1 + at) donde: R(t): Resistencia eléctrica a la temperatura “t” R0: Resistencia eléctrica a la temperatura de 0Cº a: Coeficiente de variación de la resistencia eléctrica en función de la temperatura medida en ºC; t: Temperatura medida en ºC. Un estudio más pormenorizado muestra que el coeficiente “a” varia a raíz de la temperatura y ese hecho debe considerarse en los termómetros de resistencia, sobre todo cuando éstos se utilizan para medición en un intervalo de temperatura superior a los 100ºC. Entre los metales más adecuados que se utilizan para termometría de resistencia están: 1 - Aleación de Rh 99,5% x Fe 0,5%: Se usa en la medición de temperatura en la franja de 0,5K a 25K (-272,65ºC a -248,15ºC); 2 - Cobre: Se utiliza en la medición de temperatura en la franja de 193,15K a 533,15 K 9 (-80ºC a 260ºC). Posee una linealidad de 0,1ºC en un intervalo de temperatura de 200ºC. Sin embargo, su baja resistencia a la oxidación limita su franja de temperatura de utilización. 3 - Níquel: 4 - Platina: Utilizado para medición de temperaturas en la franja de 25K a 1235K (-248ºC a 962ºC). Es el metal más utilizado en la construcción de termómetros de resistencia por su amplia franja de utilización, tiene buena linealidad y mejor resistencia a la oxidación. Sus características serán presentadas con más detalles a continuación. Termómetro de Resistencia de Platino Además de las características mencionadas sobre el platino, también atiende a dos aspectos muy importantes: posee una gran inercia química y es relativamente fácil de obtener puro. Los termómetros de resistencia de platino presentan dos configuraciones básicas, a saber: Termómetro de Resistencia de Platino Patrón y Termómetro de Resistencia de Platino Industrial. Termómetro de Resistencia Esta configuración se utiliza en los termómetros que se utilizan como patrón de interpolación en la Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) en la franja de temperatura de -248ºC a 962ºC. El comportamiento de la variación de resistencia en función de la temperatura se obtiene mediante la expresión: R(t) = R0 (1 + At + Bt2 + C(t - 100)t3) Los valores típicos de las constantes del termómetro de platino patrón son: R0: 25,5 Ohms; A: 3,985 x 10 ºC; B: -5,85 x 10 ºC; C: 4,27 x 10 ºC para t < 0ºC y cero para t > 0ºC; Sus principales características constructivas son: a) El elemento sensor es hecho con platina con pureza mejor que 99,999%; b) Su ensamblaje se efectúa de modo que el platino no quede sometido a tensiones; c) Se utilizan materiales de alta pureza e inercia química, tales como cuarzo en la fabricación del tubo y mica en la confección del soporte del sensor de platino. La justificación para utilizarse como patrón de interpolación de la ITS-90 es la gran estabilidad del termómetro y la precisión de las mediciones con valores de ±0,0006ºC a 0,01ºC y ±0,002ºC a 420ºC. Termómetro de Resistencia Las diversas configuraciones de ensamblaje de los TRPI’s tiene como finalidad adecuarlos a las configuraciones de utilización en una planta industrial, en la cual inevitablemente se someterán a las condiciones más agresivas. Análogamente al TRPP, el comportamiento de variación de la resistencia a raíz de la temperatura es dado por: R(t) = R0 (1 + At + Bt2 + C(t - 100)t3) Los valores típicos de las constantes del termómetro de resistencia de platino industrial son: R0: 100 Ohms; A: 3,908 x 10 ºC; B: -5,85 x 10 ºC C: 4,27 x 10 ºC para t < 0ºC y cero para t > 0ºC; La diferencia entre los valores de las constantes del TRPI en relación con las del TRPP es ocasionada debido a que el TRPI utiliza platino con porte de pureza menor, en el orden de un 99,99% gracias a la previa contaminación efectuada con el objetivo de reducir contaminaciones posteriores durante su utilización. Sin embargo, su franja de utilización es menor que la del TRPP, que tiene como limite superior de utilización los 850ºC, por la fuerte contaminación que a la que es sometido. La principal cualidad del TRPI es su excelente precisión y existen modelos con precisión del 0,1% al 0,5% en su franja de utilización. Es posible llegar a ± 0,015ºC, cuando se calibra y se utiliza con instrumentos y medios termostáticos adecuados, lo que le da el “status” de patrón secundario de temperatura. Tolerancia en Termómetros La tolerancia de un TRPI es el máximo desvío permitido expresado en grados Celsius a partir de la relación de temperatura y resistencia nominal.
[T] Módulo de temperatura en ºC (sin señal). * No tipificados. La tabla a continuación presenta valores, retirados de las referencias de los fabricantes, en las cuales es posible hacer una comparación entre las tolerancias de las distintas clases de precisión de los bulbos:
Tipos de Bulbos Bulbos de Cerámica El cable es bobinado en forma helicoidal y encapsulado en involucro de cerámica. Entre todos los tipos de bulbos es el que permite utilizarse en toda franja de temperatura, proporciona mayor estabilidad y hay versiones para ser utilizadas con aplicaciones sujetas a choques mecánicos y vibración. Bulbos de Vidrio El cable es bobinado en forma bifilar directamente sobre una base de vidrio y posteriormente revestido también con vidrio. Este ensamblaje permite su utilización en condiciones severas de choque mecánico y vibración y la cápsula de vidrio permite la utilización directa en soluciones ácidas, alcalinas y líquidos orgánicos. Bulbos de Película Fina En este tipo de bulbo, el platino se deposita en un substrato sustrato cerámico que proporciona la fabricación de bulbos con dimensiones reducidas tanto en la versión plana como en la versión cilíndrica. Histéresis En función de las diferentes características constructivas de los bulbos de cerámica, vidrio y película fina, este efecto se presenta de acuerdo con la tabla a continuación:
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