La nueva edición de la normativa clarifica la utilización de termorresistencias de platino
La DIN EN 60751, estándar para termorresistencias de platino, ha sido reeditada tras más de una década (edición 2009). La reedición fue necesaria ya que varios aspectos, aplicados en la práctica, no han sido mencionados en la versión de 1996. Los ejemplos más importantes fueron la utilización de sensores de película delgada y las clases de precisión 1/3 DIN. Muchos usuarios no estaban seguros si se permite la utilización de las nuevas tecnologías no estandarizadas. Ahora se acabó la incertidumbre: la nueva DIN EN60751 describe detalladamente estos puntos y define nuevos límites reales para la utilización de los modelos de sensores y clases de precisión. Desafortunadamente, la nueva normativa no mantiene la claridad habitual a la hora de especificar la resistencia a vibraciones y abre un gran abanico de posibles interpretaciones.
Funcionamiento de los sensores de temperatura
La resistencia eléctrica de una termorresistencia varía con los cambios de temperatura. Dado que la resistencia aumenta con la temperatura, el dispositivo tiene un coeficiente positivo PTC (inglés Positive Temperature Coeficient). Las termorresistencias PT100 se usan normalmente para aplicaciones industriales. En la versión anterior de la IEC60751 (1996), sin embargo, no hay ninguna referencia a este tipo de aplicaciones. El motivo reside en el hecho de que antiguamente se utilizaban únicamente sensores de hilo bobinado W (wire wound resistances) mientras en la última década se han ido imponiendo cada vez más los sensores de película delgada que no estaban consideradas en la antigua norma. Muchos usuarios se equivocaban por lo tanto al opinar que los configuraciones estándares incluían solo los sensores de hilo bobinado. A continuación se describen las versiones más habituales en la industria.
Sensores de hilo bobinado (W)
Este diseño consiste de un hilo de platino muy fino, envuelto por un cuerpo de protección. El diseño ha sido probado durante muchas décadas y es reconocido en todo el mundo. Los límites de aplicación varían en función del material de aislamiento vidrio o cerámica. El hilo bifilar de un sensor de vidrio está fundido con el cuerpo de vidrio para impedir su movimiento y aumentar la resistencia contra vibraciones. Desafortunadamente el vidrio aumenta su conductividad con la subida de la temperatura. Debido a la disminución de la resistencia de aislamiento, el sensor pierde su precisión y debe utilizarse por lo tanto solo en un rango de temperatura de -196 a +400 ºC.
La fabricación de este tipo de sensor resulta bastante compleja y costosa. El sensor cerámico guarda el hilo de platino suelto en forma de espiral en una escotadura redonda del cuerpo protector. La falta de soporte provoca que las espiras se toquen en caso de elevadas vibraciones y en consecuencia cambia la resistencia. Las vibraciones extremas pueden causar incluso una rotura de los hilos oscilantes. Por lo tanto este diseño es únicamente recomendable para aplicaciones de bajas vibraciones. En cambio estos sensores ofrecen el rango de temperatura más amplio entre -196ºC hasta +600 º.
Resistencias de película delgada (F)
Las resistencias de película delgada disponen de una capa muy fina en una pletina cerámica con los hilos de conexión contactados, protegidos contra efectos exteriores mediante una lámina de vidrio. Las resistencias de película delgada destacan por sus dimensiones reducidas y su elevada resistencia contra las vibraciones. El rango de temperatura se limita a -50…500 C, debido a los materiales de los elementos. Estos sensores se fabrican en elevadas cantidades por ejemplo para hornos de uso doméstico y tienen por lo tanto un precio relativamente económico. La nueva normativa recomienda marcar el tipo de sensor con (W) o (F).
Desviación DIN EN 60751 termorresistencias
Restricciones de aplicación
Como novedad, esta edición de 2009 introduce un escalonado de las restricciones de aplicación de la sonda según forma constructiva del sensor ( véase tabla). La totalidad del rango puede reflejarse solamente con sensores cerámicos de hilo bobinado mientras los sensores de película delgada están limitados por la normativa adaptándose a la realidad. Los sensores de vidrio son aplicables con temperaturas solo hasta +400 ºC ya que la conductividad del cuerpo provoca un error de medición. Reflejando la operativa diaria, la clase de precisión A es válida únicamente para temperaturas entre -100 C hasta +450 C.
La experiencia demostraba que los termómetros de todos los fabricantes presentaban con temperaturas extremas una desviación fuera de la clase A. Las indicaciones de clase, por lo tanto, estaban correctas únicamente en el suministro y ya no en la operativa. La nueva normativa informa al usuario que en este caso de temperaturas extremas es válida “solamente” la clase B. Otra incertidumbre existía sobre la 1/3 DIN, una indicación de precisión muy extendida pero sin base normativa que daba lugar a una multitud de interpretaciones por parte de los fabricantes. La única declaración compartida por todos era que el instrumento debe cumplir una tolerancia de 1/3 DIN en el punto de calibración de 0 C.
La nueva normativa adapta esta declaración, asignando un rango de temperatura a un cálculo del error admisible. Con esta adaptación se crea una autentica clase de precisión con la denominación AA , que resulta incluso algo mejor que la antigua 1/3 DIN. También por motivos prácticos se estableció el punto inferior de calibración a -196 ºC en vez de -200 ºC , que corresponde al punto de ebullición de nitrógeno líquido y se ajusta más a la realidad ya que prácticamente nunca se llegó a -200ºC.
Resistencia de sensores de temperatura contra vibraciones
Según DIN EN 60751 cualquier termorresistencia conforme puede someterse a aceleraciones, inducidas por vibraciones de hasta 30m/s 2 con un rango de frecuencia de 10 a 500 Hz. Desafortunadamente el nuevo texto ya no se expresa con la misma claridad como el anterior. En la versión antigua de 1996 se indica expresamente “pico a pico” mientras la nueva edición de 2009, revisada por la IEC (International Electrotechnical Comission), omite este punto. Por lo tanto se abre desgraciadamente un amplio abanico de interpretaciones. La mayoría de las otras normativas sobre comprobaciones de oscilaciones (p.ej. la normativa IEC 60068 ensayos medioambientales) utilizan exclusivamente el termino de la amplitud. La estabilidad de oscilaciones de otros instrumentos (p.ej. manómetros) se comprueba por lo tanto con una amplitud determinada.
Ahora bien, si se remite al texto de la DIN EN 60751, se deduce que también en este caso se basa en la amplitud y no en el valor “pico a pico” que significaría que los requisitos llegarían a ser el doble. Tras varias conversaciones con miembros del comité del organismo DKE, sin embargo, se desprende que la norma no pretende un endurecimiento sino que “todo sigue igual como antes”, pero sin la declaración “pico a pico”. Obviamente el IEC ha borrado este detalle y hasta la publicación de la próxima edición se debe vivir con esta incertidumbre. Algunos fabricantes de sondas de temperatura han modificado la documentación técnica, indicando la resistencia contra las vibraciones con amplitud o pico a pico.
Con la frecuencia constante se puede calcular las amplitudes desde la aceleración, velocidad y elongación. La frecuencia circular (ω = 2πƒ) puede calcularse desde la frecuencia de la oscilación. Con la amplitud determinada de la aceleración A se aplica para la velocidad máxima la formula Vmax = Vmax/ ω. Así puede calcularse la elongación desde la línea cero xmax = Vmax/ ω. El espacio necesario de las oscilaciones, es decir la distancia entre las elongaciones, corresponde al valor “pico a pico” de la elongación xs2s que corresponde al doble de xmax
La nueva normativa vuelve a aproximarse a la aplicación práctica de las termorresistencias Pt100. Se informa al usuario con claridad sobre las características técnicas y sus límites. Desafortunadamente la declaración sobre la resistencia contra las vibraciones sigue algo borrosa y el usuario debe prestar atención, a la hora de comprar, las indicaciones técnicas de los fabricantes.
Vídeo: ¿Cómo funciona una termorresistencia?