Què és un Detector de Temperatura per Resistència?
Què és un Detector de Temperatura per Resistència?
Definició de Detector de Temperatura per Resistència
Un Detector de Temperatura per Resistència (també conegut com a Termòmetre de Resistència o RTD) és un dispositiu electrònic utilitzat per determinar la temperatura mitjançant la mesura de la resistència d'un fil elèctric. Aquest fil s'anomena sensor de temperatura. Si volem mesurar la temperatura amb una alta precisió, un RTD és la solució ideal, ja que té bones característiques lineals en un ampli rang de temperatures. Altres dispositius electrònics comuns utilitzats per mesurar la temperatura inclouen un termopar o un termistor.
La variació de la resistència del metall amb la variació de la temperatura es dona com,
On, Rt i R0 són els valors de resistència a les temperatures toC i t0oC. α i β són constants que depenen dels metalls. Aquesta expressió és per a un ampli rang de temperatures. Per a un rang de temperatures petit, l'expressió pot ser,Aquesta expressió és per a un ampli rang de temperatures. Per a un rang de temperatures petit, l'expressió pot ser,
Els dispositius RTD utilitzen sovint metalls com el Cobre, el Níquel i el Platí. Cada metall té canvis únics de resistència que corresponen a les variacions de temperatura, coneguts com a característiques de resistència-temperatura.
El Platí té un rang de temperatura de 650oC, mentre que el Cobre i el Níquel tenen 120oC i 300oC respectivament. La figura 1 mostra la corba de les característiques de resistència-temperatura dels tres metalls diferents. Per al Platí, la seva resistència canvia aproximadament 0,4 ohms per grau Celsius de temperatura.
La puretat del platí en els RTD s'ha de verificar mitjançant la relació R100 / R0. Les impuretes en el material causen desviacions de la gràfica de resistència-temperatura esperada, afectant els valors α i β específics del metall.
Construcció del Detector de Temperatura per Resistència o RTD
La construcció és típicament tal que el fil està enrotllat en una forma (en una bobina) en un marc creuat de mica tallat per aconseguir un petit tamany, millorant la conductivitat tèrmica per reduir el temps de resposta i obtenir una alta taxa de transferència de calor. En els RTD industrials, la bobina està protegida per una bossa d'acer inoxidable o un tub protector.
Així, la tensió física és negligible quan el fil es dilata i augmenta la longitud del fil amb el canvi de temperatura. Si la tensió en el fil augmenta, llavors la tensió augmenta. Com a resultat, la resistència del fil canviarà, el que no és desitjable. Per tant, no volem canviar la resistència del fil per cap altre canvi indesitjable excepte els canvis de temperatura.
Això també és útil per a la manteniment del RTD mentre la planta està en funcionament. Es col·loca mica entre la bossa d'acer inoxidable i el fil de resistència per a una millor aïllament elèctric. Degut a menys tensió en el fil de resistència, ha de ser enrotllat amb cura sobre la fulla de mica. La fig.2 mostra la vista estructural d'un Detector de Temperatura per Resistència Industrial.
Condicionament de Senyal del RTD
Podem trobar aquest RTD al mercat. Però hem de saber el procediment de com utilitzar-lo i com fer la circuitària de condicionament de senyal. Així, els errors dels fils de connexió i altres errors de calibració es poden minimitzar. En aquest RTD, el canvi en el valor de resistència és molt petit respecte a la temperatura.
La resistència d'un RTD es determina utilitzant un circuit de pont, on es proporciona una corrent elèctrica constant i es mesura la caiguda de tensió a través d'un resistor per calcular la temperatura. Aquesta temperatura es determina convertint el valor de resistència del RTD utilitzant una expressió de calibració. Els diferents mòduls del RTD es mostren en les figures següents.
En el pont RTD de dos fils, no hi ha un fil dummy. La sortida es pren dels dos extrems restants com es mostra a la fig.3. Però les resistències dels fils d'extensió són molt importants a considerar, ja que la impedància dels fils d'extensió pot afectar la lectura de temperatura. Aquest efecte es minimitza en el circuit de pont RTD de tres fils connectant un fil dummy C.
En un RTD de tres fils, si els fils A i B són idèntics en longitud i àrea transversal, els seus efectes d'impedància es neutralitzen mutuament. El fil dummy C llavors serveix com a fil de detecció per mesurar la caiguda de tensió sense portar corrent. En aquests circuits, la tensió de sortida és directament proporcional a la temperatura. Per tant, necessitem una equació de calibració per trobar la temperatura.
Expressions per a un Circuit RTD de Tres Fils
Si coneixem els valors de VS i VO, podem trobar Rg i llavors podem trobar el valor de temperatura utilitzant l'equació de calibració. Ara, assumim R1 = R2:
Si R3 = Rg; llavors VO = 0 i el pont està equilibrat. Això es pot fer manualment, però si no volem fer un càlcul manual, simplement podem resoldre l'equació 3 per obtenir l'expressió de Rg.
Aquesta expressió assumeix, quan la resistència del fil RL = 0. Suposem, si RL està present en una situació, llavors l'expressió de Rg es converteix en,
Per tant, hi ha un error en el valor de resistència del RTD degut a la resistència RL. És per això que necessitem compensar la resistència RL com ja hem discutit, connectant una línia dummy 'C' com es mostra a la fig.4.
Limitacions del RTD
En la resistència del RTD, hi haurà una dissipació de potència I2R per ell mateix que causa un lleuger efecte de calor. Això es diu auto-calorificació en el RTD. Això també pot causar una lectura errònia. Així, la corrent elèctrica a través de la resistència del RTD ha de mantenir-se suficientment baixa i constant per evitar l'auto-calorificació.
