¿Por qué la conexión a 3 hilos es más usada en la industria para Pt100?

Porque resuelve satisfactoriamente el problema del error causado por la resistencia de los cables, siempre que los tres cables tengan la misma resistencia eléctrica. El sistema se basa en el equilibrio del puente de Wheatstone.

¿Cuál es la diferencia entre precisión y exactitud?

La precisión es la capacidad de reproducir el mismo valor al medir varias veces en las mismas condiciones, sin importar si coincide con el valor real. La exactitud es la capacidad de dar una indicación que se aproxime al valor verdadero.

Sensores PT100 y amplificadores de instrumentación: fundamentos de metrología y electrónica

Resumen

El documento repasa conceptos básicos de metrología (precisión, resolución y exactitud) y describe la conexión de sensores Pt100 a 2, 3 hilos, junto con un esquema de regulación de tensión con diodo Zener mejorado. También introduce el funcionamiento de los amplificadores de instrumentación a partir de su circuito fundamental. Está pensado para estudiantes de instrumentación electrónica que quieran entender cómo se miden y acondicionan señales.

Puntos clave

La precisión es la capacidad de reproducir el mismo valor al medir varias veces en las mismas condiciones, sin considerar el valor real.
La exactitud es la capacidad de aproximarse al valor verdadero de la magnitud medida.
La resolución digital viene determinada por la variación de una unidad en la cifra menos significativa de la pantalla.
La conexión a 2 hilos suma la resistencia de los cables Rc1 y Rc2 al valor medido, generando un error inevitable.
La conexión a 3 hilos compensa el error de los cables siempre que los tres tengan la misma resistencia, basándose en el equilibrio del puente de Wheatstone.
En el regulador Zener mejorado, la tensión de salida V0 queda independizada de la tensión de entrada Vs en régimen estable.
En los amplificadores de instrumentación, la tensión diferencial de entrada de cada operacional es 0 V (cortocircuito virtual).

Ponte a prueba

Conceptos Fundamentales de Metrología

Precisión

La precisión es la capacidad de un instrumento de medida para reproducir el mismo valor de la magnitud medida, al medirla varias veces en las mismas condiciones, sin tener en cuenta la concordancia o la discrepancia con el valor real de esa magnitud.

Resolución

La resolución se define como la capacidad de reaccionar ante pequeños cambios en la magnitud medida. Dependiendo de la tecnología del instrumento, se clasifica de la siguiente manera:

Resolución Analógica: Está limitada por la capacidad del operador para apreciar visualmente un cambio en una longitud o escala.
Resolución Digital: Está determinada por la variación en una unidad (1) de la cifra menos significativa de la pantalla.

Exactitud

La exactitud es la capacidad de un instrumento para dar una indicación que se aproxime al valor verdadero de la magnitud medida.

Sensores de Temperatura PT100

Existen tres modos de conexión para las Pt100, y cada uno de ellos requiere un instrumento lector distinto. El objetivo principal es determinar exactamente la resistencia eléctrica R(t) del elemento sensor de platino sin que influya en la lectura la resistencia de los cables Rc.

Conexión a 2 Hilos

El modo más sencillo de conexión es con solo dos cables. En este caso, las resistencias de los cables Rc1 y Rc2 que unen la Pt100 al instrumento se suman, generando un error inevitable en la medición final.

Conexión a 3 Hilos

El modo de conexión de 3 hilos es el más común en la industria y resuelve satisfactoriamente el problema del error generado por los cables. El único requisito técnico es que los tres cables tengan la misma resistencia eléctrica, ya que el sistema de medición se basa en el equilibrio del puente de Wheatstone.

Regulación de Tensión: Zener Mejorado

En este esquema de diseño electrónico, se consigue independizar totalmente la tensión de salida V₀ de la tensión de entrada V_s.

Existe un intervalo de tiempo al inicio en el que la tensión V_s favorece la polarización del diodo Zener. Transcurrido este tiempo, el diodo D₂ se polariza en inversa y el Zener mantiene su corriente constante gracias a la realimentación positiva del amplificador operacional.

Comportamiento en Régimen Estable y Transitorio

La tensión de salida en el régimen estable se mantiene constante. Por otro lado, en el periodo transitorio, el circuito experimenta ajustes hasta alcanzar su punto de operación.

Si V’s < Vz, se polarizará en inversa el diodo D₂ y el resto del circuito quedará aislado. La corriente Zener que se suministra mediante la realimentación positiva asegura la estabilidad del sistema.

Amplificadores de Instrumentación

Para demostrar la fórmula característica de los amplificadores de instrumentación, partiremos del análisis de su esquema circuital fundamental.

Debido a que la tensión diferencial de entrada de cada uno de los amplificadores operacionales es de 0V (cortocircuito virtual), en los nudos 1 y 2 habrá la misma tensión que en las entradas E₁ y E₂ respectivamente. Aplicando la Ley de Ohm, podemos determinar el flujo de corriente en la etapa de entrada.

Esta corriente circula a través de las dos resistencias de valor R. La tensión resultante en estas tres resistencias se define como V_o, donde se establece la relación de ganancia diferencial del dispositivo.