Introducción
En este post, se muestra cómo conectar un Pt1000 (detector de temperatura de resistencia térmicamente sensible o RTD) a un PLC basado en Arduino para soluciones de control y automatización industrial.
Requisitos
Ethernet o 20 E/S Controlador lógico programable: Ethernet PLC or 20 I/Os PLC
Placas Industrial Shields: Placas Industrial Shields
Descripción
Lo primero que tenemos que saber es cuál es nuestro rango de temperatura de funcionamiento. También en este rango de temperatura, tenemos que saber el valor de rango del termistor. Por ejemplo, si nuestro rango de temperatura de operación está entre -20ºC y 100ºC, el valor del rango del termistor estaría entre 922 ohmios y 1385 ohmios.
Entonces, la idea principal es adaptar esta resistencia cambiable a un 0-10V. ¿Cómo hacerlo?
Hay muchas formas de adaptar la señal. La más sencilla consiste en utilizar un regulador de tensión para transformar el valor resistivo del Pt1000 en un valor cuantitativo.
Por ejemplo, conectando una resistencia de 1Kohm entre una alimentación de 12V y conectando también el termistor entre esta entrada y GND. Por tanto, con esta configuración, el valor de la entrada a -20ºC sería de 5,75V y a 100ºC de 6,97V. Así que nuestro rango de voltaje está entre [5,75V - 6,97V]. Sólo tenemos una diferencia de voltaje de 1,21 entre nuestro rango. La cuestión principal con este método es: ¿Tenemos suficiente resolución y precisión? Esto depende de la aplicación.
Las placas Arduino tienen un ADC de 10 bits. Esto supone un rango de 1024. Así que con este rango, tenemos una resolución de 0,0097V [en 0V-10V]. Esto significa que en nuestro caso, tendremos una resolución de °C de:
10/1024 = 0,0097V (resolución de tensión total)
1,21/0,0097V = 124 (número de valores diferentes que podemos medir en nuestro ejemplo, esto significa que sólo utilizaremos 124 rangos en lugar de los 1024 que ofrece el ADC)
120ºC (rango)/ 124 = 0,96ºC (resolución en °C)
Por eso esta instalación es realmente sencilla pero no lo suficientemente fiable. Tenemos que decidir si podemos implementar eso o encontrar otra forma de adaptar el termistor.
A continuación se muestra uno de los métodos para aumentar este rango de tensión de trabajo.
Podemos utilizar un puente de Wheatstone.
El puente de Wheatstone tiene una ventaja, esta ventaja es que se pueden calcular los valores de las resistencias (R1 y R4, normalmente R2 es un potenciómetro para corregir el error de las resistencias) para tener un valor de 0V entre Vch (ver en la imagen) para nuestros -20ºC (922 ohmios). Podemos calcular este valor a partir de estas fórmulas:
R3 (termistor) = R3 · R2 / R1
Haciendo esto, podremos obtener el valor de 0V entre Vch - y Vch+. Después, sólo tenemos que calcular el valor de Vch cuando el valor de la resistencia sea de 1358 ohmios. Normalmente este valor está en torno a varios mV. Así que la parte final de la adaptación del termistor es amplificar esta señal [0- varios mV] a [0 - 10V]. Con un buen OPAMP diferencial es capaz de hacerlo.
Un amplificador diferencial hecho a partir de un op-amp y cuatro resistencias está perfectamente bien cuando (y sólo cuando) las fuentes de entrada tienen una impedancia mucho, mucho más baja que las resistencias utilizadas. Por lo tanto, vamos a utilizar un amplificador diferencial como este:
En el mercado, también existen algunos dispositivos que permiten peinar lo que se explica en este post. Esta es también una buena opción y completamente fiable.