Os dispositivos resistivos de temperatura ou RTDs (Resistance Temperature Devices) são utilizados normalmente nas aplicações industriais com interfaces apropriadas. No entanto, nos ambientes industriais existem ruídos que se espalham numa ampla gama do espectro e que, portanto, exigem o uso de recursos adequados de cancelamento como, por exemplo, uma boa rejeição em modo comum dos componentes usados.
Nota: o artigo foi escrito em 2007.
Esses ruídos exigem um equilíbrio longitudinal do circuito, o que deve ser obtido através de técnicas apropriadas, como a descritas no Application Note AN-1559 da National Semi-conductor (www.national.com).
A Tecnologia dos RTDs
Os tipos mais comuns de RTDs são fabricados segundo diversas tecnologias, sendo mais frequentes os baseados nas características de temperatura da platina.
Como essas características podem ser perfeitamente previstas, elas também podem ser controladas e configuradas de diversas formas. Os processos mais usuais de fabricação dos dispositivos consistem em se enrolar fios de platina em torno de bases de vidro ou cerâmica, ou ainda se utilizando chips de filmes de platina.
O padrão internacional EM 60751 define de maneira detalhada quais devem ser as características dos sensores de temperatura de platina.
Cuidados no Uso
• Ao se utilizar esse tipo de sensor, deve-se levar em conta que eles não são perfeitamente lineares.
• Para aplicações de precisão é conveniente usar os sensores de maior valor possível para aumentar tanto a sensibilidade como a resolução.
• Sensores de maior resistência exigem fontes de maior tensão ou mesmo fontes duplas.
• Deve-se tomar cuidado para que a corrente no sensor não cause seu aquecimento, o que levará à introdução de erros.
• Lembre-se que os sensores possuem tempos de resposta, o que deve ser levado em conta no processo de aquisição de dados.
Configurações
Os sensores RTD podem ser configurados de diversas maneiras, conforme mostra a figura 1.
O modo de 2 fios (2 wire) é usado quando a resistência parasita dos fios é conhecida e não muda. Essa resistência será compensada por software no final do percurso do sinal.
O modo de 3 fios (3 wire) permite ao projetista monitorar um lado do loop de corrente com uma conexão Kelvin. A queda de tensão na resistência do loop é medida e compensada.
No modo de 4 fios (4 wire) é possível monitorar a resistência do loop de corrente dos dois lados do componente e assim fazer a compensação, principalmente quando se usam fios de comprimentos diferentes.
Temos finalmente o modo de 4 fios com loop (4 wires/loop). É semelhante ao anterior, mas com a opção de se poder medir as perdas no loop. Com isso, a resistência do fio pode ser medida de modo independente do loop RTD. O projetista não precisa depender de boas conexões Kelvin no RTD, o que leva à possibilidade de se obter mais precisão e confiabilidade.
O circuito
Com base no que vimos, a National fornece um exemplo de circuito de interface para esse tipo de sensor, o qual é mostrado na figura 2.
Esse circuito serve para sensores que tenham resistências na faixa de 80 ohms a 1,1 k ohms com uma alimentação simples de 5 V. Para maiores faixas de resistências, a tensão de alimentação deve ser maior.
Para resistências inferiores a 80 ohms será preciso usar uma fonte com tensão negativa.
Observa-se, ainda, que esse circuito não opera satisfatoriamente na presença de tensões longitudinais significativas em fios longos até o RTD. Para esse tipo de circuito devem ser empregadas configurações balanceadas.
Nos casos em que os ruídos longitudinais são maiores, recomenda-se o circuito da figura 3.
Para esse circuito temos as seguintes recomendações:
• Dependendo da resistência do RTD, pode ser necessário mudar a tensão de alimentação.
• Para a tensão de referência o V+ deve ser mantido em 5 V.
• Para resistências muito baixas do RTD, deve-se usar uma tensão adicional negativa de — 2 V e a linha positiva de alimentação deve ser de 10 V.
• Na entrada U1B, IN+ deve ser adicionado um resistor para proporcionar isolamento ao cabo.
• No site da National podem ser encontrados modelos SPICE dos amplificadores usados.
Circuitos e informações adicionais como cálculos e procedimentos podem ser encontrados no Application Note da National, no site indicado no início do artigo.
