efecto de autocalentamiento de la sonda de temperatura dual PT100 en una masa de agua en movimiento

Estoy tratando de saber cuánto autocalentamiento debo esperar en estas condiciones:

  • Rango de temperatura: 0-45 C
  • Uso de una resistencia pullup de 1050 ohmios para alimentar cada PT100 (configuración de 2 hilos) con excitación de 5 voltios y referencia de 5 voltios.
  • Sonda de temperatura con dos PT100 en el interior
  • La sonda de temperatura se insertará en una tubería con una masa de agua en movimiento utilizando un termocasco.

De acuerdo con lo que he leído en varios sitios, incluida esta referencia de instrumentos de Texas, el coeficiente de autocalentamiento debe ser de 0.01-0.02 C / mW para una masa de agua en movimiento.

con una excitación de 5 V, una resistencia de 1050 ohmios y un valor máximo de 117,47 ohmios del PT100 a 45 C, obtengo 2,1546 mW, por lo que la temperatura aumentaría la cantidad insignificante de 0,043 mK utilizando un coeficiente de 0,02 C/mW. ¿Estoy en lo correcto en mis cálculos? Además, dado que ambos PT100 están instalados en la misma sonda, ¿pueden afectarse mutuamente en términos de calor de manera significativa?

EDITAR: Andy corrigió mi error de cálculo e introdujo el agua SH como una variable, pero Spehro respondió a mi segunda pregunta y proporcionó más información/consejos prácticos:

  • Aumento de la resistencia térmica debido al mal acoplamiento del termopozo.
  • El coeficiente de autocalentamiento es variable según el material de construcción.
puede reducir aún más el autocalentamiento poniendo a tierra el pull-up entre mediciones
@Jasen, es una buena idea, pero tengo que colocar el circuito en la cabeza de la sonda y no me queda espacio en la PCB para hacerlo.

Respuestas (3)

Sería mejor obtener números reales de autocalentamiento del fabricante de la sonda (o realizar las mediciones usted mismo). El coeficiente puede variar en un rango de 10:1 según el elemento RTD y la construcción de la sonda (película delgada frente a herida y epoxi frente a empaque de alúmina, por ejemplo). El material de la sonda también lo afectará. TI es un fabricante de semiconductores, no un experto en diseño de sondas. Si tiene un conjunto de sonda separado suelto dentro de un termopozo, ¡volverá a ser peor! Al menos tienes agua que fluye, que es lo más parecido al metal fundido que fluye.

Consideraría que 5 mA es una corriente excesiva para un Pt100, generalmente usamos 1 mA, por lo que obtiene 25 veces más de autocalentamiento. Ese es un precio bastante alto a pagar por un diseño menos profesional de acondicionador de señal si le importa la precisión.

Lo más seguro es que los dos elementos interactúen, nuevamente dependerá de la construcción exacta.

Gracias Spehro, ¿podría explicar por qué el uso de un termopozo lo empeoraría nuevamente? Además, ¿está diciendo que el agua que fluye no solo no proporciona un mejor coeficiente de autocalentamiento sino que también lo empeora?
El termopozo proporciona más resistencia térmica, por lo que una cantidad determinada de disipación de energía da como resultado una mayor compensación. Si no está cargado por resorte, el acoplamiento puede ser bastante pobre. No, estoy diciendo que el agua que fluye es tan buena como parece.
excelente información, pero con respecto a la corriente PT100, no puedo optar por 1 mA porque necesito una resolución muy alta de 0.001C de una señal de 10-25 mV, por lo que necesito encontrar un compromiso entre la resistencia pull-up, ADC-Vref/voltaje de excitación y Relación señal/ruido pero eso lo dejo para otro post

Siempre vale la pena verificar que el calor específico del agua (SH) no varíe demasiado con la temperatura: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Fuente de imagen .

Como puede verse, el SH no varía mucho en el rango de temperaturas que está considerando, por lo que es razonable concluir que la temperatura del agua no altera significativamente su conductividad térmica en este rango.

Con el PT100 a 45 °C, su resistencia es de 117,5 ohmios y, por lo tanto, desarrollará un voltaje de 0,503 voltios y disipará una potencia de 2,16 mW.

Utilizando la cifra TI de resistencia térmica de 0,02 grados C/mW, el aumento de la temperatura de autocalentamiento será inferior a 0,05 grados.

Correcto, calculé mal al aplicar el coeficiente de autocalentamiento y terminé con 0,05 mK cuando en realidad es 0,05 K. ¿Debería poder corregir esto con una calibración multipunto?

Caso general

Tiene un divisor de voltaje hecho de una resistencia desconocida y una resistencia de 1.05 kΩ, impulsada desde 5 V. La disipación más alta en la resistencia desconocida ocurre cuando su resistencia coincide con la resistencia fija. Por lo tanto, desea saber que la disipación de una resistencia de 1,05 kΩ es con 2,5 V a través de ella.

    (2,5 V) 2 /(1,05 kΩ) = 6 mW

A 0,02 °C/mW de autocalentamiento, eso equivale a 0,12 °C.

Tu caso concreto

Ahora dice que la resistencia máxima del termistor es 117,5 Ω. Eso significa que la disipación máxima también será menor. Con la otra resistencia del divisor de tensión de 1,05 kΩ, la tensión en la resistencia de 117,5 Ω es de 503 mV.

    (503 mV) 2 /(117,5 Ω) = 2,2 mW

Ese multiplicado por 0,02 °C/mW da 0,043 °C.

El valor de PT100 es 100-117.47Ohm en el rango de 0-45C, estoy agregando esa información en la publicación original
Lo siento, Olin, te perdiste el blanco. "la resistencia coincide con la resistencia fija" nunca sucederá. Este es un RTD de platino, no un termistor.
@Qué: un RTD de platino es un termistor. Además, no estaba haciendo suposiciones sobre el termistor en sí, yendo a la física básica de la máxima disipación posible de una resistencia de un divisor de voltaje. Ahora que el OP ha especificado el valor máximo del termistor, actualizaré la respuesta.
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