Wat is 'n Weerstandstemperatuurdetector?
Wat is 'n Weerstandstemperatuurdetektor?
Definisie van 'n Weerstandstemperatuurdetektor
'n Weerstandstemperatuurdetektor (ook bekend as 'n Weerstandtermometer of RTD) is 'n elektroniese toestel wat gebruik word om temperatuur te bepaal deur die weerstand van 'n elektriese draad te meet. Hierdie draad word as 'n temperatuursensor aangedui. As ons hoë akkuraatheid in temperatuurmeting wil hê, is 'n RTD die ideale oplossing, omdat dit goeie lineêre eienskappe oor 'n wye temperatuurbereik het. Ander algemene elektroniese toestelle wat gebruik word om temperatuur te meet, sluit in 'n termokoppel of 'n termistor.
Die variasie in weerstand van die metaal met verandering in temperatuur word gegee as,
Waar Rt en R0 die weerstandswaardes by toC en t0oC temperatuure is. α en β is konstantes wat afhang van die metal. Hierdie uitdrukking is vir 'n groot temperatuurbereik. Vir 'n klein temperatuurbereik, kan die uitdrukking wees,Hierdie uitdrukking is vir 'n groot temperatuurbereik. Vir 'n klein temperatuurbereik, kan die uitdrukking wees,
RTD-toestelle gebruik algemeen metaale soos Koper, Nikkel, en Platina. Elke metaal het unieke weerstandveranderinge wat ooreenstem met temperatuurvariasies, bekend as weerstand-temperatuureienskappe.
Platina het 'n temperatuurbereik van 650oC, en dan het Koper en Nikkel onderskeidelik 120oC en 300oC. Figuur 1 wys die weerstand-temperatuureienskappe-kromme van die drie verskillende metal. Vir Platina, verander sy weerstand met ongeveer 0,4 ohm per graad Celsius in temperatuur.
Die puurheid van platina in RTDs word geverifieer deur die verhouding R100 / R0. Verontreinigings in die materiaal veroorsaak afwykings van die verwagte weerstand-temperatuurgrafiek, wat die α en β waardes spesifiek vir die metaal beïnvloed.
Konstruksie van 'n Weerstandstemperatuurdetektor of RTD
Die konstruksie is tipies sodanig dat die draad gewond word op 'n vorm (in 'n spoel) op 'n gekerpde mika kruisframe om 'n klein grootte te bereik, die termiese geleidbaarheid te verbeter om die reaksietyd te verminder, en 'n hoë hitte-oordragkoers te verkry. In industriële RTD's word die spoel beskerm deur 'n roestvry stalen sheath of 'n beskermende buis.
Sodat die fisieke spanning verwaarloosbaar is terwyl die draad uitspan en die lengte van die draad met verandering in temperatuur toenem. As die spanning op die draad toeneem, neem die spanning toe. Daarom verander die weerstand van die draad, wat ongewens is. Ons wil nie die weerstand van die draad verander deur enige ander ongewense veranderinge behalwe temperatuurveranderinge nie.
Dit is ook nuttig vir RTD-onderhoud terwyl die plant in bedryf is. Mika word tussen die staalsheath en weerstandsdraad geplaas vir beter elektriese isolering. Omdat daar minder spanning in die weerstandsdraad is, moet dit sorgvuldig oor die mika vel gerol word. Figuur 2 wys die strukturele uitzicht van 'n Industriële Weerstandstemperatuurdetektor.
Signaalvoorbereiding van RTD
Ons kan hierdie RTD in die mark kry. Maar ons moet die prosedure ken hoe om dit te gebruik en hoe om die signaalvoorbereidingskrets te maak. Sodat, die voerdraad-foute en ander kalibrasiefoute geminimeer kan word. In hierdie RTD, is die verandering in weerstandswaarde baie klein ten opsigte van die temperatuur.
Die weerstand van 'n RTD word bepaal deur 'n brugkrets, waar 'n konstante elektriese stroom verskaf word en die spanningsval oor 'n weerstand gemeet word om temperatuur te bereken. Hierdie temperatuur word bepaal deur die RTD-weerstandswaarde te omskep met 'n kalibrasie-uitdrukking. Die verskillende modules van RTD word in die onderste figure getoon.
In twee-draad RTD-brug, is die dummy-draad afwesig. Die uitset word geneem vanaf die oorblywende twee eindes soos in figuur 3 getoon. Maar die uitbreidingsdraad weerstande is baie belangrik om te oorweeg, omdat die impedansie van die uitbreidingsdrade die temperatuurleesing kan beïnvloed. Hierdie effek word geminimeer in drie-draad RTD-brugkrets deur 'n dummy-draad C aan te sluit.
In 'n drie-draad RTD, as drade A en B identies is in lengte en doorsnee, neutralise hul impedansie-effekte mekaar. Die dummy-draad C dien dan as 'n sensoriese voer om spanningsval te meet sonder om stroom te dra. In hierdie kringte, is die uitsetspanning direk eweredig aan die temperatuur. So, ons het een kalibrasie-uitdrukking nodig om die temperatuur te vind.
Uitdrukking vir 'n Drie-draad RTD-sirkel
As ons die waardes van VS en VO ken, kan ons Rg vind en dan kan ons die temperatuurwaarde vind deur middel van die kalibrasie-uitdrukking. Nou, neem aan R1 = R2:
As R3 = Rg; dan VO = 0 en die brug is gebalanseer. Dit kan handmatig gedoen word, maar as ons nie 'n handmatige berekening wil doen nie, kan ons net vergelyking 3 oplos om die uitdrukking vir Rg te kry.
Hierdie uitdrukking neem aan, wanneer die voerdraadweerstand RL = 0. Gestel, as RL teenwoordig is in 'n situasie, dan word die uitdrukking van Rg,
So, daar is 'n fout in die RTD-weerstandswaarde as gevolg van die RL-weerstand. Daarom moet ons die RL-weerstand kompenseer soos ons reeds bespreek het deur 'n dummy-lyn 'C' aan te sluit soos in figuur 4 getoon.
Beperkinge van RTD
In die RTD-weerstand, sal daar 'n I2R-vermogensverlies deur die toestel self wees wat 'n ligte verhitteffek veroorsaak. Dit word genoem as self-verhitting in RTD. Dit kan ook 'n foute leesing veroorsaak. Dus, die elektriese stroom deur die RTD-weerstand moet voldoende laag en konstant gehou word om self-verhitting te vermy.
