Objeto de aprendizaje sobre RTD

Para ilustrar el procedimiento de elaboración de los objetos de aprendizaje (OA), se muestra el desarrollo del OA “Termorresitencias”. El mismo se realizó a partir del mapa conceptual de la Figura 3.1.

Al mapa se adjuntaron varios objetos de aprendizaje en forma de recursos, entre los que se encuentran:

Nodo “termorresistencias”:

En este se muestran características de las RTD tales como:

ƒ Principio de funcionamiento:

Los metales se caracterizan por poseer coeficientes térmicos positivos de variación de la resistencia eléctrica; ello es producto de que al aumentar en los mismos su energía interna se incrementa su resistividad. Esta propiedad se utiliza desde hace mucho tiempo en el diseño y construcción de sensores de temperatura de resistencia metálica, que se designan con las siglas RTD.

ƒ Modelo matemático:

El modelo matemático que mejor se adapta a la curva de calibración de una RTD, desde el punto de vista estático, es el siguiente:

RT = Ro (1 + α∆T +β∆T 2 +γ ∆T 3....)

Por lo general los coeficientes que acompañan los términos cuadráticos y cúbicos son muy pequeños (del orden de 10^4 y 10^9 veces menores, respectivamente, que el valor de α para el platino), por lo que sin cometer grandes errores el modelo se suele aproximar a: Rt = R0(1+ αt)

Donde R0 es el valor dela resistencia de la RTD a t= 00 C, Rt es el valor de la resistencia de la RTD a la temperatura t,αes el coeficiente térmico de la RTD, expresada en K-1 y t es la temperatura de la RTD en 0C.

ƒ Tipos de RTD:

Los tipos de RTD están en dependencia de las distintas clasificaciones visibles en el mapa de la Figura 3.1.

Nodo “sensibilidad”:

La sensibilidad S quedará definida como∆R/∆T: α

⋅ =R₀

Nodo “Valor de R0”:

Contiene una tabla con los valores de R0 para RTDs construidas con diferentes metales. Nodo “Metal utilizado”:

Se muestra una tabla con las curvas de calibración para tres RTD (Platino, Cobre, Níquel).

Nodo “Forma constructiva”:

Se ofrece una explicación de las formas de fabricación de termorresistencias, las cuales pueden ser bobinadas o de rejilla o película metálica.

Nodo “Puente de resistencias”:

Contiene una explicación detallada de los puentes de Wheatstone (Figura 3.2) de corriente y voltaje utilizados como circuitos de acondicionamiento.

Figura 3.2. Puente de Wheatstone. Medida por deflexión. Nodo “Amplificadores de instrumentación”:

Otros circuitos de acondicionamiento para RTDs muy utilizados en la práctica, son los AI que en conjunción con los puentes realizan la función de linealizadores de la característica transferencial de los mismos. Un ejemplo de ellos se muestra en la Figura 3.3.

Figura 3.3. Amplificador inversor

Nodo “Pt100”:

Contiene un problema resuelto y un circuito constituido por un puente de Wheastone y el amplificador de instrumentación AD624, empleados en el acondicionamiento de sensores resistivos. Primeramente, se realizó la simulación del mismo utilizando el Orcad y luego se decidió emplear el Proteus con el fin de introducir el uso de esta herramienta en la asignatura.

Este circuito fue simulado como parte del diseño de una sección del canal de medición y los archivos se adjuntaron al nodo.

El Proteus es sencillo y de fácil utilización, pero es una herramienta que al nivel de las Mediciones Electrónicas el estudiante aún no conoce. Por lo que se consideró necesario incluir los pasos principales en su ejecución, como parte del objeto de aprendizaje.

Una vez ejecutado el módulo ISIS de esta herramienta, la ventana principal que presenta se muestra en la figura 3.4.

Una de las opciones del menú principal es la ventana de dispositivos, esta incluye dos botones que permiten acceder a todos los componentes, terminales, pines, generadores y a las librerías contenidas en el ISIS (Figura 3.5).

Figura 3.5. Ventana de dispositivos.

Mediante la ventana de dispositivos se seleccionan los componentes a utilizar en el diseño y después se realiza la interconexión entre estos.

Una vez diseñado el circuito se colocan los instrumentos necesarios de acuerdo al tipo de medición a efectuar. A diferencia de otras herramientas como el Orcad, los instrumentos de Proteus se asemejan más a los instrumentos reales en cuanto a la visualización de los resultados.

El ejemplo que se simuló se basó en el diseño de una porción del canal de medición, empleando el amplificador de instrumentación AD624 que brinda a la entrada de un convertidor A\D una señal entre -5 y 5V, cuando una Pt100 (acondicionada mediante un puente de Wheatstone) varía su resistencia entre 100 y 120Ω.

Para simular la variación de resistencia del sensor se utilizó un resistor de 100Ω y uno variable entre 0 y 20 . Cuando el resistor variable tiene valor cero, la resistencia del sensor es de 100 , el puente está balanceado y no hay diferencia de voltaje a la salida (Figura 3.6a). Consecuentemente, cuando el resistor variable toma el valor 20

Ω Ω

Ω, la resistencia del sensor es de 120Ω, y el puente produce una diferencia de voltaje a la salida (Figura 3.6b). Para ambos casos el voltaje a la salida del AD624 viene dado por la expresión: REF G V V V R K V _⎟⎟∗ − + ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = 1 40 ( _{1 2}) 0

Donde: V₁−V₂: es la diferencia de voltaje a la salida del puente de Wheatstone VREF : es un voltaje aplicado por el pin 6 del AD624.

Figura 3.6a.Circuito de acondicionamiento con puente balanceado.