O sensor Pt100 é um dos sensores de temperatura mais utilizados na metrologia e instrumentação industrial.
Classificado como uma termorresistência (RTD – Resistance Temperature Detector), o sensor Pt100 é reconhecido por sua excelente estabilidade, precisão e linearidade, sendo amplamente empregado em processos industriais, laboratórios, automação e controle de qualidade.
Neste artigo, explicamos como esse sensor opera, quais são os tipos de ligação, suas faixas de medição, outros tipos de sensores similares (como Pt1000 e Cu50) e as melhores práticas para sua aplicação.
O que é um sensor Pt100?
O sensor Pt100 é um sensor do tipo termorresistência (também referido como RTD, do inglês Resistance Temperature Detector) que utiliza um elemento de platina cuja resistência elétrica varia proporcionalmente à sua temperatura. O nome “Pt100” vem da composição do sensor:
Pt: símbolo químico da platina
100: como padrão, o sensor apresenta resistência elétrica de 100 ohms em 0 °C
O sensor Pt100 é padronizado pela norma IEC 60751, que especifica a curva de referência para a variação da resistência em função da temperatura, além de classes de tolerância para sensores Pt100.
Essa padronização garante que sensores de diferentes fabricantes sejam compatíveis dentro dos limites especificados.
Como funciona o sensor Pt100?
O sensor Pt100 possui em seu interior um bulbo que contém um elemento de platina protegido por um substrato de cerâmica ou vidro. Os tipos mais comuns de bulbo são o helicoidal (wirewound), no qual os fios de platina enrolados no substrato, e o tipo filme (thin film) em que um fio de platina é depositado sobre o substrato.
O bulbo é normalmente instalado em uma bainha metálica, que o protege contra corrosão e choques mecânicos. A bainha é então acoplada a uma sonda com cabos que são ligados ao instrumento que medirá a resistência do sensor Pt100. Alternativamente, a bainha é acoplada diretamente a um cabeçote (invólucro) no qual o instrumento de medição (um transmissor de temperatura 4-20 mA, por exemplo) poderá ser instalado.
Como já mencionado, o princípio de funcionamento do sensor Pt100 está baseado no efeito da variação da resistência elétrica da platina com a temperatura. Conforme a temperatura aumenta, a resistência do elemento sensor também aumenta de forma praticamente linear.
Os valores da resistência do sensor são lidos por um instrumento de medição, como um transmissor ou indicador, que converte o valor de resistência em um valor de temperatura de acordo com uma curva de referência.
A relação entre temperatura e resistência é normalmente descrita pela equação de Callendar–Van Dusen:
A norma IEC 60751 especifica os seguintes coeficientes A, B, C para a curva padrão do sensor Pt100:
A = 3,9083 x 10-3 °C-1
B = –5,775 x 10-7 °C-2
C = –4,183 x 10-12 °C-4 para temperaturas abaixo de zero graus Celsius
C = 0 °C-4 para temperaturas acima de zero graus Celsius
Utilizando esses coeficientes especificados pela norma IEC 60751, obtemos a seguinte curva relacionando a temperatura do sensor Pt100 à sua resistência:
Para a faixa de medição de 0 a 100 °C, a relação é extremamente linear, o que facilita a interpretação e o tratamento do sinal.
A linearidade na faixa de 0 a 100 °C é uma característica dos metais utilizados em termorresistências, e é utilizado para calcular o coeficiente de temperatura (denominado α) do elemento termorresistivo:
No caso da platina pura, esse coeficiente é de 0,003925 Ω/(Ω·°C). A norma IEC 60751 especifica que ela se aplica a termorresistências de platina com coeficiente de temperatura de 0,003851 Ω/(Ω·°C).
Podemos aproximar a temperatura medida por um sensor Pt100 ou outra termorresistência utilizando apenas o seu coeficiente de temperatura, o valor da sua resistência atual, e o valor de sua resistência em 0 graus Celsius. A fórmula utilizada para estimar a temperatura é:
No caso do sensor Pt100, temos que α = 0,003851 Ω/(Ω·°C) (de acordo com a IEC 60751) e R(0) = 100 Ω, então podemos simplificar essa fórmula:
Ou seja, podemos estimar a temperatura (em graus Celsius) medida por um sensor Pt100 que segue a norma IEC 60751 subtraindo 100 ohms do seu valor de resistência e dividindo o resultado por 0,3851.
Tipo de sinal elétrico produzido pelo Pt100 e efeito dos fios
Diferente de termopares, que produzem um sinal em milivolts, o sensor Pt100 não gera tensão elétrica diretamente, mas sim uma variação de resistência.
Por isso, ele precisa estar conectado a um circuito de medição com fonte de corrente constante. A corrente é aplicada ao sensor e a tensão resultante é medida, permitindo calcular a resistência do sensor.
Com a resistência conhecida, o sistema de medição (transmissor, CLP ou indicador) aplica uma fórmula de conversão para determinar a temperatura correspondente.
No entanto, há um elemento que impacta diretamente a exatidão da medição de termorresistências como o sensor Pt100: os fios que conectam o sensor ao equipamento de medição.
Como esses fios possuem resistência, o valor de resistência lido pelo medidor não é apenas correspondente à resistência do sensor Pt100, mas sim a soma dessa resistência com o valor de resistência dos fios.
Para reduzir esse efeito, podemos introduzir 1 ou 2 fios extras entre o sensor e o medidor. Utilizando esses fios, podemos medir isoladamente a resistência deles, e subtrair esse valor do valor de resistência lido pelo medidor. Dessa forma, obtemos medições com maior exatidão.
Tipos de ligação do sensor Pt100: 2, 3 ou 4 fios
A forma de conexão elétrica do sensor Pt100 impacta diretamente na precisão da medição, especialmente quando o sensor está distante do equipamento de leitura. Os principais tipos de ligação são:
Ligação a 2 fios
- Mais simples, mas menos precisa.
- Os fios de ligação introduzem erro por resistência adicional.
- Indicada apenas para medições de baixa exatidão ou distâncias curtas.
Ligação a 3 fios
- Mais comum na indústria.
- Compensa a resistência dos fios de forma balanceada.
- Oferece boa precisão e é compatível com a maioria dos transmissores industriais.
Ligação a 4 fios
- Utilizada em medições de alta precisão e em laboratórios.
- Elimina praticamente todo o efeito da resistência dos fios.
- Requer sensores com 4 fios e instrumentos de medição compatíveis com esse tipo de entrada.
Tipos de encapsulamento e construção do sensor Pt100
A estrutura física do sensor Pt100 varia de acordo com a aplicação e a faixa de temperatura desejada. Os principais tipos de encapsulamento incluem:
Inoxidável com cabo: comum na indústria, com bainha em aço inoxidável e cabo com isolação térmica (PTFE, silicone, PVC ou fibra de vidro).
Rosqueado com conexão a poço termométrico: ideal para processos pressurizados, com fluxo, com substâncias abrasivas, ou sanitários.
Miniatura ou superfície: usados em placas eletrônicas ou aplicações especiais.
Sensor blindado com malha metálica: aumenta a proteção mecânica e contra interferências.
O tipo de encapsulamento impacta diretamente a durabilidade, a faixa de temperatura suportada e o tempo de resposta térmica do sensor.
Faixa de medição de temperatura
A faixa de operação do sensor Pt100 varia conforme o tipo de construção e encapsulamento, mas geralmente cobre:
- Faixa total: de -200 °C a +850 °C
- Faixas comerciais comuns: de -40 °C a +350 °C ou de -50 °C a +420 °C
Sensores Pt100 expostos a fora das faixas comerciais comuns (abaixo de -50 °C ou acima de +420 °C) exigem construção especial, com materiais resistentes à temperatura e isolantes térmicos adequados.
Tempo de resposta e inércia térmica
O tempo de resposta de um sensor Pt100 está relacionado ao tempo necessário para que ele reaja a uma variação de temperatura. Essa resposta depende de fatores como:
- Diâmetro da bainha metálica
- Material da cápsula e do sensor interno
- Tipo de contato com o fluido (imerso ou por contato)
- Presença ou não de poço termométrico
Sensores mais finos e sem poço reagem mais rapidamente, mas são menos protegidos. Já sensores com encapsulamento robusto ou inseridos em poços demoram mais a atingir a temperatura real do processo. Conhecer esse comportamento é importante para aplicações que exigem controle rápido.
Exatidão e classes do sensor Pt100
Os sensores Pt100 são classificados conforme sua classe de tolerância, definidas pela norma IEC 60751:
A escolha da classe adequada depende da necessidade de precisão do processo. Para as classes B e acima, recomenda-se o uso de ligação a 3 fios, ou preferencialmente a 4 fios.
Na indústria, é comum encontrarmos também as classes de exatidão 1/3 DIN, 1/5 DIN e 1/10 DIN. Essas classes não especificadas na norma IEC 60751, mas são baseadas em divisões da classe B da norma IEC 60751. Por exemplo, a classe 1/5 DIN tem uma tolerância 5 vezes menor que a classe B, enquanto a classe 1/10 DIN possui uma tolerância 10 vezes menor.
A classe 1/3 DIN é praticamente equivalente a classe AA da norma IEC 60751. Sendo assim, as classes de exatidão 1/5 DIN e 1/10 DIN, que possuem tolerâncias ainda menores que a classe AA, são utilizadas apenas em aplicações de altíssima exatidão, como em laboratórios de metrologia e aplicações científicas.
Diferença entre Pt100, Pt1000 e Cu50
Embora o Pt100 seja o mais comum, existem outros sensores de termorresistência com características distintas:
Sensor Pt1000
- Também é feito de platina, mas com uma resistência de1000 ohms em 0 °C.
- Menor influência da resistência dos fios.
- Mais sensível, mas menos padronizado em aplicações industriais.
Sensor Cu50
- Feito de cobre, com resistência de 50 ohms em 0 °C.
- Custo mais baixo, mas menor estabilidade e faixa de medição de temperatura reduzida.
- Utilizado em aplicações não críticas e em HVAC.
A escolha entre esses modelos depende da precisão necessária, compatibilidade do equipamento e condições do processo.
Aplicações industriais do sensor Pt100
O Pt100 é utilizado em diversos setores industriais, incluindo:
- Indústria de alimentos e bebidas: controle de temperatura em tanques, fornos e câmaras frias.
- Processos farmacêuticos e químicos: esterilização, reações e armazenamento.
- Metalurgia: fornos industriais, tratamento térmico.
- Geração de energia: monitoramento térmico em turbinas e trocadores de calor.
- Laboratórios metrológicos: medições de referência.
Sua versatilidade e confiabilidade fazem do Pt100 um dos sensores mais confiáveis da instrumentação de temperatura.
Como conectar o sensor Pt100 a um transmissor ou sistema de controle
Para integrar o Pt100 a um sistema de automação, é comum utilizar um transmissor de temperatura que converte o sinal resistivo em um sinal analógico 4-20 mA ou digital (HART, Modbus, PROFIBUS PA, FOUNDATION Fieldbus).
O transmissor deve ser compatível com o tipo de sensor (2, 3 ou 4 fios) e configurado com a curva correspondente (Pt100 IEC 60751).
O sinal convertido pode então ser lido por CLPs, indicadores locais, sistemas SCADA ou registradores de processo.
Boas práticas de instalação do sensor Pt100
- Escolha poços termométricos adequados para proteger o sensor.
- Evite contato direto do sensor com vibração ou fluxo turbulento.
- Utilize cabos blindados e conexões bem fixadas.
- Calibre o instrumento periodicamente, para assegurar confiabilidade em suas medições com rastreabilidade.
- Respeite os limites de temperatura e compatibilidade química dos materiais.
Pt100 como referência na metrologia de temperatura
A confiabilidade, repetibilidade e padronização do sensor Pt100 o tornam uma referência técnica na metrologia de temperatura.
A Sensycal oferece instrumentos compatíveis com sensores Pt100 e suporte técnico para integração, calibração e manutenção de sistemas térmicos industriais.
Para saber mais acesse: S-PRT100 – Sensor de temperatura tipo Pt100.
