Cómo funciona la calculadora del error de medida de temperatura
Una lectura de temperatura en un sistema de control recorre una cadena: el sensor, su conexión, un transmisor que la convierte en 4–20 mA y la entrada que lee la corriente. Cada eslabón tiene su propio error, y las hojas de datos los dan por separado. La calculadora los lleva a una misma escala, kelvin en el proceso, y los combina.
Los términos son:
- Tolerancia del sensor. La clase del elemento: AA, A, B o C para termómetros de resistencia de platino según la IEC 60751, clase 1, 2 o 3 para termopares según la IEC 60584-1. Es el límite para un sensor sin calibrar a la temperatura de proceso.
- Conexión. En una RTD, el error que añade la resistencia de los cables a 2, 3 o 4 hilos. En un termopar, el error de la compensación de la unión fría.
- Entrada del transmisor. La precisión digital de la hoja de datos, en kelvin.
- Salida analógica. La precisión de la conversión digital-analógica, en porcentaje del span calibrado.
- Efecto ambiente. El cambio de la lectura con la temperatura del propio transmisor, en porcentaje del span por 10 K, multiplicado por el cambio desde la calibración.
- Otros errores. Todo lo demás, como la tarjeta de entrada del controlador o una incertidumbre de calibración.
El error probable total es la raíz de la suma de los cuadrados de todos los términos; el peor caso los suma.
Un ejemplo resuelto
Una PT100 de clase A a 100 °C, a tres hilos con 10 m de cable de 0,5 mm² y un desequilibrio del 5 % entre cables. El transmisor está ajustado de 0 a 200 °C, con una precisión de entrada de ±0,1 K, una precisión de salida de ±0,03 % del span y un efecto de la temperatura de ±0,1 % del span por 10 K, en un armario 20 K más caliente que en la calibración.
| Término | Error |
|---|---|
| Sensor, clase A a 100 °C | ±0,35 K |
| Cables, 3 hilos | ±0,045 K |
| Entrada del transmisor | ±0,1 K |
| Salida analógica, 0,03 % de 200 K | ±0,06 K |
| Efecto ambiente, 0,1 % × 200 K × 20/10 | ±0,4 K |
| Error probable total | ±0,55 K |
| Peor caso | ±0,96 K |
Con el mismo sensor a dos hilos, el término de los cables pasa a 1,81 K y el error probable total a 1,89 K. La calculadora de error de cables RTD muestra ese término en detalle.
Lo que suele dominar
El ejemplo muestra un patrón habitual: el efecto ambiente del transmisor es tan grande como la clase del sensor. Se expresa en porcentaje del span, así que crece con un rango amplio. Un rango de 0 a 200 °C donde bastaría de 0 a 150 °C, o un transmisor en una caja de campo al sol, cuesta más de lo que ahorra un sensor mejor. Estrechar el span, o un transmisor con menor coeficiente de temperatura, suele ser la mejora más barata.
El segundo patrón son las RTD a dos hilos. La resistencia de los cables se suma directamente a la lectura y, con más de unos pocos metros de cable, pesa más que todo lo demás.
Termopares: la unión fría
Un termopar mide la diferencia entre la unión de medida y los bornes. El instrumento mide la temperatura de los bornes y vuelve a sumar la FEM correspondiente. Un error ΔT en esa medida desplaza la FEM en el coeficiente de Seebeck de los bornes por ΔT, que el instrumento lee como un error de temperatura en el proceso escalado por la relación de los coeficientes de Seebeck a ambas temperaturas. Para el tipo K la relación es cercana a 1: 0,95 entre 25 y 500 °C. Para el tipo S a 1000 °C es 0,52, y para el tipo B cerca de la temperatura ambiente es casi cero. La calculadora de termopares da los coeficientes de cada tipo.
Lo que el cálculo no incluye
- Instalación. Profundidad de inmersión, conducción a lo largo de la vaina, tiempo de respuesta y radiación suelen ser mayores que todos los términos anteriores, y ninguna hoja de datos los indica.
- Deriva. Sensores y transmisores derivan con el tiempo y la temperatura; la clase de tolerancia describe un sensor nuevo.
- Estadística. Los valores de las hojas de datos suelen ser límites, no desviaciones típicas; el error probable total es una estimación de ingeniería, no un nivel de confianza.
Preguntas frecuentes
¿Uso el error probable total o el peor caso?
El error probable total para juzgar si un diseño es razonable, y el peor caso cuando un error por encima del requisito no es aceptable en absoluto, por ejemplo en un límite de seguridad o una temperatura de liberación que hay que demostrar.
¿Cómo introduzco un sensor calibrado?
Una calibración sustituye la tolerancia de clase por la incertidumbre de calibración, a menudo mucho menor. Introduzca esa incertidumbre en otros errores y elija la clase con la que se compró el sensor; el término de clase sobrestima entonces el error, y el resultado queda del lado seguro. La calculadora PT100 convierte puntos de calibración de ohmios a temperatura.
Mi transmisor da la precisión solo en porcentaje del span. ¿Qué introduzco?
Introduzca cero en la precisión de entrada y el porcentaje en la precisión de salida. Si indica «±0,1 K o 0,05 % del span, el mayor de los dos», introduzca el mayor como precisión de entrada.