Какво е детектор на температура със съпротива?

Какво е детектор на температурата посредством съпротивление?

Определение на детектора на температурата посредством съпротивление

Детекторът на температурата посредством съпротивление (известен още като термометър със съпротивление или RTD) е електронно устройство, използвано за определяне на температурата чрез измерване на съпротивлението на електрически проводник. Този проводник се нарича температурен сензор. Ако искаме да измерим температурата с висока точност, RTD е идеалното решение, тъй като има добри линейни характеристики в широк диапазон от температури. Други общи електронни устройства, използвани за измерване на температурата, включват термоелемент или термистор.

Вариацията на съпротивлението на металите при вариацията на температурата се дава като,

Където, Rt и R0 са стойностите на съпротивлението при температури toC и t0oC. α и β са константи, зависещи от метала.Това изразяване е за голям диапазон температури. За малък диапазон температури, изразът може да бъде,

Устройствата RTD обикновено използват метали като мед, никел и платина. Всеки метал има уникални промени в съпротивлението, които съответстват на вариациите на температурата, известни като характеристики на съпротивление-температура.

Платината има диапазон на температурата от 650oC, а медта и никела имат 120oC и 300oC съответно. Фигура 1 показва кривата на характеристиките на съпротивление-температура на трите различни метала. За платината, нейното съпротивление се променя с приблизително 0.4 ома за всеки градус Целзий на температура.

Чистотата на платината в RTD се проверява чрез отношението R100 / R0. Смесенията в материала причиняват отклонения от очаквания график на съпротивление-температура, влияещи на стойностите на α и β, специфични за метала.

Конструкция на детектора на температурата посредством съпротивление или RTD

Конструкцията обикновено е такава, че проводникът е намотан в спирала на формата (в спирала) на поддържащ мика кръстов рамен, за да се постигне малък размер, улеснявайки теплопроводността, за да се намали времето за отговор и да се получи висока скорост на преход на топлина. В индустриалните RTD, спиралата е защитена от неръждаема стомана или защитна тръба.

По този начин, физическото напрежение е незначително, когато проводникът се разширява и увеличава дължината си с изменението на температурата. Ако напрежението върху проводника се увеличава, то напрежението се засилва. В резултат, съпротивлението на проводника се променя, което е нежелателно. Затова не искаме да се променя съпротивлението на проводника от други нежелателни промени освен измененията на температурата.

Това е също полезно за поддръжката на RTD, докато заводът работи. Миката е поставена между неръждаемата стомана и проводника на съпротивлението за по-добро електрическо изолиране. При по-малко напрежение в проводника, той трябва да бъде внимателно намотан върху мика. Фиг.2 показва структурния вид на индустриален детектор на температурата посредством съпротивление.

Обработка на сигнала на RTD

Можем да получим този RTD на пазара. Но трябва да знаем процедурата как да го използваме и как да направим обработката на сигнала. Така, грешките от водещите проводници и други калибрационни грешки могат да бъдат минимизирани. В този RTD, промяната в стойността на съпротивлението е много малка в сравнение с температурата.

Съпротивлението на RTD се определя чрез мостов цircuit, където се подава постоянен електрически ток и се измерва падането на напрежението върху резистора, за да се изчисли температурата. Тази температура се определя чрез преобразуване на стойността на съпротивлението на RTD, използвайки калибрационно изразяване. Различните модули на RTD са показани в следващите фигури.

В двупроводковия RTD мост, фиктивният проводник липсва. Изходът се взима от останалите две крайни точки, както е показано на фиг.3. Но съпротивленията на удължаващите проводници са много важни да бъдат взети предвид, тъй като импедансът на удължаващите проводници може да повлияе на измерването на температурата. Този ефект се минимизира в трипроводковия RTD мостов цircuit чрез свързване на фиктивен проводник C.

В трипроводковия RTD, ако проводниците A и B са идентични по дължина и поперечно сечение, техните импедансни ефекти се нейтрализират. Фиктивният проводник C служи като сензационен проводник, за да се измери падането на напрежението без да носи ток. В тези цепи, изходното напрежение е директно пропорционално на температурата. Затова ни е необходима една калибрационна формула, за да намерим температурата.

Изрази за трипроводковия RTD цircuit

Ако знаем стойностите на VS и V_O, можем да намерим Rg и след това можем да намерим стойността на температурата, използвайки калибрационна формула. Сега, допуснем, че R₁ = R₂:

Ако R₃ = R_g; тогава V_O = 0 и мостът е балансиран. Това може да се направи ръчно, но ако не искаме да правим ръчно изчисление, просто можем да решим уравнение 3, за да получим израза за R_g.

Този израз приема, че когато съпротивлението на водещия проводник R_L = 0. Предположим, че RL е наличен в ситуацията, тогава изразът за R_g става,

Така, има грешка в стойността на съпротивлението на RTD поради съпротивлението RL. Затова трябва да компенсираме съпротивлението RL, както вече обсъдихме, чрез свързване на един фиктивен проводник 'C', както е показано на фиг.4.

Ограничения на RTD

В съпротивлението на RTD, ще има I2R разпиляване на мощност, причинено от самото устройство, което причинява леко затопляне. Това се нарича само-затопляне в RTD. Това може също да причини грешка в измерването. Следователно, електрическият ток през съпротивлението на RTD трябва да бъде поддържан достатъчно нисък и постоянен, за да се избегне само-затоплянето.