Medicion De Temperatura Con RTD PT100, Transmisor 4-20 MA Y Arduino

RTD

En el mundo industrial, donde se requiere medir grandes rangos de temperatura y se tienen condiciones de trabajo agresivas predominan el uso de Termocuplas y RTDs. Cada uno tiene sus puntos a favor y en contra, (no hay un ganador absoluto) la aplicacion final y las condiciones de trabajo son quienes deciden cual es mejor en cada caso especifico.

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Un RTD ( del Ingles Resistance Temperature Detector ) es un pequeño filamento, generalmente de Platino, que varia su resistencia de forma muy lineal con respecto a la temperatura. La gran fortaleza de los RTD es su alta linealidad en todo su rango de trabajo (-200 a 850 C) y su gran estabilidad con el pasar del tiempo. El tipo mas comun es el denominado PT100, el cual presenta una resistencia de 100 ohm a 0 C.

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Determinar la temperatura a partir de la resistencia de un RTD es una tarea algo compleja, pues la variacion de la resistencia es de unas cuantas decimas de Ohm por cada grado C. Para esto se requiere circuitos de precision como el puente de Wheatstone. El principal inconveniente en el mundo industrial es que generalmente el sitio de medicion de la temperatura (el proceso) se encuentra considerablemente lejos de los gabinetes donde se encuentra los equipos de medicion y control. Esta distancia requiere de largos cables, cuya resistencia puede afectar considerablemente la medida de temperatura.

Para solucionar este problema, existe un viejo conocido del mundo industrial: El transmisor de 4- 20 mA. Dicho transmisor contiene la electronica de precision para la lectura del RTD y se ubica lo mas cerca posible a este. Dicho dispositivo hace un ajuste automatico de la resistencia del cable del RTD, mediante el uso del tercer terminal.

Este transmisor convierte las señales del sensor de temperatura, en señales de corriente, que van en el rango de 4 a 20 miliamperios. Al ser ya una señal de corriente, esta puede enviarse por cables de gran longitud, sin que la resistencia de estos afecten la señal.

Se utilizo una sonda PT100 con un encapsulamiento metalico que protege el sensor, y un transmisor de 4-20 mA en el rango de -50 a +150 C. Para convertir la señal de corriente en una señal del voltaje que el arduino pueda leer mediante el ADC se utilizo una resistencia de 250 Ohm, de forma tal que cuando la señal este en 4 mA se tendran 1V en el ADC y cuando la señal este en 20mA se tendra 5V. La alimentacion del lazo se realizo mediante una fuente de 24V DC.

Para convertir la señal de voltaje en temperatura, el arduino realiza un mapeo de los valores minimos y maximos de la señal. En este caso el valor de - 50 C corresponderia a 1V, el valor numerico que arroja el ADC para 1V es 205 y para el valor de 150 C el valor numerico que arroja el ADC para 5V es 1023.

La aplicacion en el arduino escucha el puerto serial y cuando recibe un byte con cualquier valor, esta responde con una lectura correspondiente a la temperatura en formato ASCII, por lo tanto puede ser visualizada en cualquier aplicacion de terminal para puerto serial.

Se realizo una pequeña aplicacion visual, utilizando Python y TkInter, basada en un desarrollo de Andreas Boesch. Esta aplicacion basicamente consta de una tarea independiente que se dedica a la gestion del puerto serial ( enviar un caracter, esperar y leer la temperatura desde arduino) y otra tarea es la encargada de realizar la gestion grafica, como actualizar valores, mover la barra de desplazamiento, etc. Para su utilizacion se requiere python serial y python tk

Inicialmente, la aplicacion muestra la temperatura ambiente, o para ser mas precisos la temperatura del entorno del sensor RTD ( computador, lamparas, dispositivos electronicos ) . Luego se introduce el RTD en agua muy caliente, calentada mediante horno micro ondas. En el momento de ubicar el sensor puede verse que se encuentra unos cuantos grados por debajo del punto de ebullicion.

Para finalizar el RTD se introduce en un vaso con un bloque de hielo en su interior, despues de unos cuantos minutos, se puede apreciar como llega a unas decimas de grado del punto de congelacion del agua.

En general las RTD dan mediciones muy confiables, sin embargo tienen una respuesta un poco lenta a los cambios de temperatura, ademas la precision de la medicion final dependera en gran parte de que tan bien calibrado se encuentre el transmisor de temperatura de 4-20 mA y que tan precisa sea la resistencia usada para convertir la lectura de corriente en voltaje para el ADC.

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