Há diversas aplicações de processo que contam com uma termoressistência. Estas utilizam resistores tipo “Wire-wound” ou “Thin-film” para fornecer medições eficientes e seguras. Esses dois tipos de resistores têm propriedades diferentes e cada um tem seus prós e contras. Na realidade, esta é uma comparação entre maçãs e laranjas. Além da confusão, o padrão internacional leva em consideração as diferenças, enquanto o padrão americano os trata da mesma forma.
Qual deles tem melhor desempenho, um resistor tipo “Wire-wound” ou um resistor tipo “Thin-film”? A resposta depende de muitas variáveis, especialmente do meio de processo que será utilizado. Além da confusão, existem diferentes normas, IEC e ASTM.
Para descobrir qual resistor é mais adequado para suas aplicações, você precisa entender a composição de cada um, e aprender mais sobre suas vantagens e desvantagens.
Diferenças entre resistor do tipo “Wire-wound” e “Thin-film”
Com uma tecnologia mais antiga, os resistores do tipo “Wire-wound”, consistem em um fio fino de platina enrolado e fundido dentro de uma cápsula de vidro ou em cerâmica. Os resistores “Wire-wound” capsulados em vidro, podem suportar uma certa vibração, mas tornam-se menos precisos em temperaturas acima de + 400 ° C (+ 752 ° F), quando as propriedades do vidro começam a mudar. Essa alteração, aumenta a condutividade elétrica e faz com que o sensor reduza sua exatidão. Os resistores “Wire-wound” capsulados em cerâmica, por outro lado, sofrem menos derivação devido a forças mecânicas durante as mudanças de temperatura, mas são suscetíveis à ruptura por vibração.
Thin-film RTD
Em um resistor tipo “Thin-film”, uma camada muito fina de platina é depositada em um base de cerâmica. Os fios de ligação e a camada de platina são então, selados juntamente com uma camada de vidro. A desvantagem de usar esse tipo de resistor, é que a platina, a base de cerâmica e a camada de vidro se comportam de maneira diferente em temperaturas extremas.
Quando as temperaturas são muito baixas (-50 ° C / -58 ° F) ou muito altas (+ 500 ° C / + 932 ° F), o resultado de uma medição com um resistor tipo “Thin-film”, pode se desviar mais do valor real, do que o resultado da medição com um resistor “Wire-wound”. Esse desvio não tem nada a ver com a qualidade dos materiais e o formato, mas é o resultado do design e do tipo de materiais utilizados, e é mencionado na norma IEC.
O lado positivo do resistor tipo “Thin-film”, é que eles são pequenos e resistem extremamente bem a elevadas vibrações, graças à sua menor massa (peso) e construção. Eles também são mais sensiveis a mudança de temperatura. Além disso, como esse tipo de resistor usa apenas uma pequena quantidade de platina, ao contrario do resistor “Wire-wound”, o qual o comprimento do fio do metal precioso é bem mais longo, os resistores “Thin-film” são mais baratos.
Normas IEC 60751 e ASTM E1137 / E1137M
Devido ao seu tamanho maior, seu preço mais elevado e sensibilidade às vibrações, os resistores tipo “Wire-wound” estão perdendo espaço e sendo substituídos pelos resistores tipo “Thin-film”. O padrão IEC 60751 (DIN EN 60751) para instrumentos industriais de resistência de platina e sensores de temperatura de platina foi corrigido em 2008 para levar em conta as diferenças entre os resistores e termorresistências que utilizam as tecnologias “Wire-wound” e de “Thin-film”. Esta norma lista as classes de tolerância e faixas de temperatura separadamente (Tabela 1). Por isso, não há margem para erros de interpretação, pois está define claramente as classes de exatidão para cada tipo de termorresistência.
Classe de Tolerância | Faixa de temperatura | Valores de tolerância* | |
Wire-wound | Thin-film | ||
AA | −50… +250°C | 0… +150°C | ±(0.1 + 0.00017 |t|) |
A | −100… +450°C | −30… +300°C | ±(0.15 + 0.002 |t|) |
B | −196… +600°C | −50… +500°C | ±(0.3 + 0.005 |t|) |
C | -196… +600°C | −50… +600°C | ±(0.6 + 0.01 |t|) |
*|t| = módulo de temperatura em °C sem levar em conta o sinal | |||
Tabela 1: Norma IEC 60751 para termorresistências que usam “Wire-wound” e “Thin-film”
O padrão ASTM E1137 / E1137M foi reexaminado em 2014, mas nenhuma correção foi feita para incluir diferenças no comportamento das termorresistências com resistores tipo “Wire-wound” e “Thin-film”. Esta norma continua a operar com duas classes de tolerância (classe A e classe B), ambas definidas para uma faixa de temperatura de -200 ° C a + 650 ° C (-328 ° F a + 1.200 ° F), independentemente do tipo de sensor.
Comparação entre maçãs e laranjas
Quando se trata de avaliar os dois diferentes tipos de instrumentos lado a lado, diferentes critérios usados na norma IEC 60751 e na norma ASTM E1137 / E1137M podem causar confusão. Na realidade, esta é uma comparação entre maças e laranjas. À primeira vista, parece que as termorresisências compatíveis com a norma ASTM são melhores que os compatíveis com IEC, pois o primeiro abrange uma faixa de temperatura mais ampla. No entanto, a norma ASTM não leva em consideração como as diferenças no comportamento do material afetam a exatidão, particularmente em temperaturas baixas e altas (Tabela 2).
ASTM E1137/E1137M | IEC 60751: 2008 | ||||||
Sem dados | Wire-wound | Thin-film | |||||
Grau A | Grau B | Classe AA | Classe A | Classe B | Classe AA | Classe A | Classe B |
−200 +650 | −200 +650 | −50 +250 | −100 +450 | −196 +600 | 0 +150 | −30 +300 | −50 +500 |
Tabela 2: Faixas de temperatura (em ° C) e classes / graus de tolerância para termorresistências Wire-wound e Thin-film, conforme as normas ASTM E1137 / E1137M e IEC 60751
Vantagens e desvantagens
As condições do processo determinam que tipo de instrumento é melhor para a aplicação, pois cada um tem seus prós e contras.
Vantagem dos resistores tipo “Wire-wound”
Resistor tipo “Wire-wound”
- Alta exatidão em toda a faixa de temperatura, necessária em determinadas configurações de laboratório ou para aplicações como, por exemplo, para transferência de custódia
Desvantagens dos resistores tipo Wire-wound
- Não é resistente a vibrações
- Maior comprimento (cerca de 25 mm ou 1 polegada)
- Até 10 vezes mais caro que um resistor “Thin-film”
Vantagens dos sensores de Thin-film
- Tamanho compacto (cerca de 3 mm ou 1/8 pol.)
- Resistente à vibração, graças à sua pequena massa e à ausência de partes móveis, tornando-as ideais para uso em compressores e aplicações de mancais de rolamentos
- Construção do sensor bastante sensível a temperatura
- Cerca de 1/10 do custo de um resistor “Wire wound”
Desvantagens dos sensores de Thin-film
- Perda de exatidão em baixas e altas temperaturas
Em resumo, se você precisar de uma termorresistência altamente exata em uma ampla faixa de temperatura, especialmente em temperaturas elevadas, o custo significante de um resistor “Wire-wound” vale a pena.
Por outro lado, as terrmorresistências com resistores tipo Thin-film, são ideais para aplicações no segmento de alimentos e bebidas, produtos farmacêuticos e outras aplicações sanitárias em que as temperaturas típicas do processo ficam abaixo de +250 ° C (+ 482 ° F). Usando os mais modernos resistores tipo “Thin-film”, a linha de termorresistência TR21 da WIKA, é uma solução de medição de temperatura acessível e com economia de espaço para meios líquidos e gasosos. Cada termorresistência, vem com uma saída direta do sensor (Pt100 / Pt1000 com ligação elétricas de 3 ou 4 fios) ou com um transmissor integrado com um sinal de saída de 4… 20mA. Todas as conexões ao processo atendem aos requisitos rigorosos das aplicações sanitárias. Os componentes elétricos são protegidos contra a umidade. Comprimento de inserção, conexão ao processo, sensor e ligação elétrica podem ser selecionados para atender às suas necessidades.
Com seu baixo custo e outras vantagens, as termorresistência com resistores tipo “Thin-film” estão se tornando cada vez mais populares para diversas aplicações, embora haja algumas exceções.
Ainda não tem certeza sobre qual termorresistência usar para sua aplicação específica? Entre em contato com o especialista em temperatura da WIKA para obter mais informações.