Sensor PT100 de Temperatura RTD

El sensor PT100 o sensor de temperatura es un RTD, esto es una resistencia variable en función a la temperatura. Este sensor es compatible con cualquier sistema digital con ADC, como Arduino o Micrococontroladores. Usualmente, la manera más sencilla de medir la temperatura con este sensor es mediante un divisor de voltaje. El sensor PT100 tiene una respuesta casi lineal. La variación de la resistencia depende de la dispersión de los electrones en el metal en función a la temperatura. En este caso el sensor PT100 es de platino, material que tiene alta linealidad. Este sensor lo puedes comprar en la tienda virtual de HETPRO.

En primer lugar, debido a las cualidades resistivas de este sensor PT100 RTD de temperatura, se puede usar en varias configuraciones. La configuración para este sensor de temperatura mas sencilla es la del divisor de voltaje, que es la que se utilizará aquí. Sin embargo, para aplicaciones de mayor precisión se recomiendo usar configuraciones de amplificador operacional o puente de Wheatstone.  A continuación podemos observar la configuración de el divisor implementado para el sensor RTD. En este caso el pin de 5V es el del Arduino y el A0 es el canal analógico 0 del Arduino.

Para empezar, si se requiere analizar el comportamiento de este divisor podemos determinar el voltaje de salida que va al nodo A0 con la siguiente ecuación.

De cualquier manera, el sistema se encarga de esto, más adelante explicaremos a detalle como es que podemos tomar las lecturas. Sin considerar realmente el voltaje generado por el divisor.

Conexiones físicas del sensor PT100 de temperatura

Como se puede observar en las siguientes figura, las conexiones se hicieron solo sobre el Arduino.

Caracterización del sensor de temperatura PT100

Primeramente, es importante considerar que necesitamos un sistema calibrado que mida temperatura para tomar como referencia. Puesto que sin este sistema, es posible que estemos leyendo la información sin posibilidad de corrección de desviación de error. En nuestro caso, hicimos uso de un Termómetro infrarrojo MS6520A de Mastech, con este medimos las temperaturas de nuestras muestras. Se puede usar un termómetro de mercurio o digital, sin ningún problema. Es posible que si tienes otro sensor ya calibrado, puedes usarlo, como el LM35, el DHT11, o tal vez Termopar.

Para empezar, se llenaron dos vasos de agua, uno con agua caliente y otro con agua fria. Esto para tomar dos puntos de referencia. Ten en cuenta que lo más recomendable seria tomar los puntos extremos del sistema que se requiera medir. Puede ser 0°C y 100°C. Para este caso, por prácticidad se tomo 22°C (temperatura ambiente) y 67°C (El agua para el cafe). Toma en cuenta que al tener dos puntos podemos determinar la pendiente de el sistema. Para esto vamos a sacar 2 punto de temperatura y tomar los datos de voltaje (convertidos a numero decimal capturado por el ADC). Los puntos de temperatura serán Y1 y Y2, y los puntos de ADC serán X1 y X2. La pendiente la llamaremos m. Entonces, nuestro valor dependiente serán las Y’s, y los independientes (que leemos del ADC) son las X’s.

Ecuaciones para el código de Arduino del sensor PT100

En primer lugar, seguimos las siguientes ecuaciones.

Además. consideramos las mediciones de los 2 puntos para determinar la pendiente m. OJO observar la linea 80 del código de Arduino, que es donde se determina esta pendiente. Una vez, con el valor de m y con los dos puntos de referencia podemos considerar ya la determinación de una temperatura «Y» en función de un valor de ADC cualquiera «X». OJO ver la linea 25 del código.

Como resultado, se presentan las imágenes de las pruebas realizadas.

Código de Arduino para el sensor PT100 de temperatura

En conclusión se presenta el código implementado para las pruebas de este tutorial. Cabe señalar para finalizar, que el mismo asume ya los datos presentados con anterioridad. La metodología de uso para el siguiente código es la siguiente.

1) Tener listas las muestras de referencia térmicas. Considerar que la temperatura varia de manera constante, tratar de mantener las temperaturas de manera estable.

2) Modificar las variables «temperatura1» y «temperatura2» de el código. Lineas 7 y 8. Poner en °C las temperaturas que tiene en sus muestras. Poner la mayor en el la variable 1.

3) Cargar el programa en Arduino y abrir la terminal serial. Seleccionar «S» y dar Enter.

4) Poner el sensor de temperatura PT100 en contacto con el primer elemento de temperatura y esperar un tiempo. Considere que el sensor tarda un tiempo en estabilizar sus lecturas (puede monitorear esto con un multimetro en la terminal A0 o simplemente esperar un par de minutos).

5) Enviar cualquier carácter a la terminal serial y dar Enter. Esto iniciara un proceso de lectura de 100 datos y calculará un promedio. Estos datos los enviara el Arduino para visualizar el valor del ADC correspondiente a esa temperatura. OJO se puede ver en la linea 5 de datos de salida.

6) Retirar el sensor RTD de la muestra y ponerlo en la otra muestra. Recuerde que tarda un tiempo en estabilizarse. Una vez estable o esperando un par de minutos, damos otra vez en Enter y esperamos el nuevo dato. OJO se puede ver en la linea 9 del archivo de datos de salida.

7) Con esto, el sistema tiene suficientes datos para calcular la temperatura y podemos iniciar el proceso de lectura enviando otro carácter.

Salida de la terminal para código de Arduino y sensor PT100

Finalmente, ejemplo de los datos de salida para una corrida de prueba.

ATENCIÓN

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Autor: Dr: Hector Hugo Torres Ortega