RTD's - LIGAÇÃO DE 2, 3 OU 4 FIOS?
Os RTDs são instrumentos extremamente úteis para a medição de temperatura nos processos. A relação exatidão / intervalo de temperatura operacional impulsiona a sua utilização em áreas de negócio distintas, desde processos menos exigentes aos mais rigorosos.
RTD significa Resistance Temperature Detectors, também conhecidos nos seus meios de aplicação como termómetros de resistência. O funcionamento deste sistema de medição de temperatura está suportado pela relação física entre o metal e a temperatura. A oscilação de temperatura de um metal está proporcionalmente relacionada com a oscilação da resistência do metal ao fluxo elétrico. Da mesma forma, à medida que a temperatura do elemento de resistência do RTD aumenta, a resistência elétrica, medida em ohms, aumenta.
Os RTDs tradicionais são construídos com uma pequena bobina de fio de platina, cobre ou níquel, enrolada com um valor de resistência preciso em torno de uma bobina de cerâmica ou vidro. Recentemente, os RTDs também estão a ser construídos com recurso a uma película fina de metal de platina ou níquel-ferro colocada num substrato de cerâmica e depois cortada a laser para obter a resistência de referência desejada. A vantagem mais notória nesta construção é que os elementos de filme fino podem obter uma resistência mais elevada com menos metal e em menos espaço. Isso torna-os mais pequenos, mais baratos e com uma maior dinâmica térmica do que os elementos tradicionais.
A resistência dos materiais utilizados tem influência direta no intervalo de medição das temperaturas. Os diferentes compostos oferecem intervalos de operação com alcances distintos.
Figura 1 - Intervalo de temperatura dos materiais RTD
CONFIGURAÇÃO DE LIGAÇÕES RTD
As ligações RTD são feitas de três formas distintas: com 2, 3 ou 4 fios.
A escolha da configuração mais adequada é um processo rigoroso que implica a consideração de um conjunto de fatores que podem conduzir à introdução de erros significativos em todo o processo de medição da temperatura.
Figura 2 - Diagrama de ligações dos RTDs
Ligação de 2 fios
A ligação de 2 fios é a mais simples de todas. O circuito não possui nenhum mecanismo para compensar, eliminar ou calcular a resistência dos condutores. A precisão desta ligação é muito inferior quando compara com as ligações de 3 ou 4 fios. A aplicação desta solução é indicada para projetos onde a extensão dos fios de ligação é necessariamente curta e onde não existe a necessidade de efetuar uma medição com elevado grau de precisão.
Ligação de 3 fios
Os RTDs com ligações de 3 fios são os mais utilizados das 3 soluções apresentadas. A presença de um fio adicional em relação ao sistema acima apresentado é precisamente para colmatar a principal falha que ele apresenta…remover a resistência do cabo de medição do sensor. Esta configuração oferece um loop de compensação que pode ser usado para subtrair a resistência do cabo da medição.
Ligação de 4 fios
A necessidade de optar por este tipo de ligação prede-se com a precisão exigida no processo de medição de temperatura. Trata-se da solução mais complexa de instalar e por consequência a mais dispendiosa monetariamente. Neste sistema divide-se entre 2 fios responsáveis pela circulação da corrente de excitação do sistema e os outros 2 responsáveis pela leitura da resistência em cada fio e compensação das diferentes resistências dos fios. A resistência real de cada um dos fios pode ser medida e eliminada, devolvendo a resistência exata do detetor.
CLASSIFICAÇÃO DAS RTD’S
A classificação dos RTD’s tem um envolvimento direto com a sua tolerância ao erro. A normalização dos parâmetros permite aos fabricantes desenvolverem soluções que garantam uma operacionalidade generalizada.
Dentro do contexto dos RTD’s, devido às suas características físicas, os elementos de platina têm mantido um elevado nível de popularidade e número de aplicações. Os padrões estipulados internacionalmente dividem estes elementos em duas classes distintas, A e B, com valores fixados numa relação temperatura/tolerância.
Figura 3 – Tabela de valores temperatura/tolerância para PRTD’s pela norma IEC 751
CONCLUSÕES FINAIS
Os RTDs são instrumentos extremamente úteis para a medição de temperatura nos processos. A relação precisão / intervalo de temperatura operacional impulsiona a sua utilização em áreas de negócio distintas, desde processos menos exigentes aos mais rigorosos. As configurações de ligações de 2, 3 ou 4 permitem distinguir a aplicabilidade mediante o processo a ser monitorizado. Os termómetros de resistência garantem a precisão e estabilidade na medição de temperatura desde processos criogénicos até aos níveis de fusão de metais.