Noções básicas sobre RTDs

Os RTDs apresentam várias curvas e tolerâncias padronizadas. A curva padronizada mais comum é a DIN. A curva descreve as características de resistência em relação à temperatura, as tolerâncias padronizadas e a faixa de temperatura mensurável de um sensor de platina de 100 ohm.

O padrão DIN especifica uma resistência de base de 100 ohms a 0 °C e um coeficiente de temperatura de 0,00385 ohm/ohm/°C. A saída nominal de um sensor RTD DIN é mostrada abaixo:

Existem três classes de tolerância padrão para RTDs DIN. Essas tolerâncias são definidas da seguinte forma:

DIN Classe A: ±(0,15 + 0,002 | T | °C)

DIN Classe B: ±(0,3 + 0,005 | T | °C)

DIN Classe C: ±(1,2 + 0,005 | T | °C)

Em segundo lugar, decida qual é a precisão necessária em sua medição. A precisão é uma combinação da tolerância de resistência de base (tolerância de resistência na temperatura de calibração) e do coeficiente de temperatura da tolerância de resistência (tolerância na inclinação característica). Qualquer temperatura acima ou abaixo dessa temperatura terá uma faixa de tolerância mais ampla ou menos precisão (veja o gráfico abaixo). A temperatura de calibração mais comum é 0 °C.

Os sensores RTD estão disponíveis em diversas configurações diferentes de fios condutores. A configuração mais comum é a de um elemento e três fios. Veja abaixo o esquemático das configurações de fios disponíveis:

Os sensores de dois fios são usados normalmente em aplicações onde a precisão não é crítica. A configuração de dois fios é a medição tecnicamente mais simples, mas é inerentemente imprecisa devido à resistência dos condutores do sensor. Na configuração de dois fios, não há como compensar diretamente a resistência dos fios condutores, o que resulta em um aumento do desvio da medição da resistência.

Os sensores de três fios são construídos com um loop de compensação para permitir que a medição compense a resistência dos condutores. Nessa configuração, o controlador/dispositivo de medição faz duas medições. A primeira mede a resistência total do sensor e dos fios condutores de ligação. A segunda mede a resistência do loop de compensação. A resistência líquida (final) é determinada subtraindo a resistência do loop de compensação da resistência total. Os sensores de três fios, os mais comuns, são uma boa combinação de precisão e conveniência.

As técnicas de configuração e medição do sensor de quatro fios permitem medir a resistência do sensor sem a influência dos fios condutores. Embora essa técnica ofereça a melhor precisão, muitos controladores industriais/dispositivos de medição não podem fazer uma verdadeira medição de quatro fios.

A transição dos fios condutores do sensor para a fiação de campo normalmente é feita por uma cabeça de conexão presa ao sensor. Blocos terminais são usados para facilitar a conexão.

A medição da temperatura com um RTD envolve a medição da resistência. Uma ponte de Wheatstone desequilibrada é o método mais usado para medir a resistência. Ao medir a resistência do elemento sensor, todos os fatores externos devem ser minimizados ou compensados, a fim de gerar uma leitura precisa.

Uma das principais causas de erro pode ser a resistência dos fios condutores, especialmente na configuração de dois fios.

A resistência está em série com o elemento do sensor, portanto, a leitura é a soma das resistências do elemento e dos fios condutores.  O RTD de dois condutores pode ser usado quando o elemento sensor tem uma resistência elevada e os fios condutores têm baixa resistência. 

No entanto, quando a resistência do fio condutor é comparativamente elevada, ela deve ser compensada.  A compensação pode ser obtida com uma configuração de três condutores.  Como mostrado no diagrama de três condutores, um lado da fonte de alimentação é levado para um dos lados do RTD via L3.  Isso coloca L1 e L2 em braços opostos da ponte, de forma que eles se anulem mutuamente e não tenham efeito sobre a tensão de saída da ponte. 

As conexões de três condutores são recomendadas para RTDs, especialmente com um elemento sensor de baixa resistência. Nessa situação, mesmo uma pequena resistência do fio condutor pode ter um grande efeito na precisão da leitura.