Co je detektor teploty odporový?

Co je to odporový teploměr?

Definice odporového teploměru

Odporový teploměr (také známý jako odporový teploměr nebo RTD) je elektronické zařízení používané k určení teploty měřením odporu elektrického vedení. Toto vedení se nazývá teplotní čidlo. Pokud chceme měřit teplotu s vysokou přesností, je RTD ideálním řešením, protože má dobré lineární charakteristiky v širokém rozmezí teplot. Další běžně používané elektronické zařízení pro měření teploty zahrnují termočlánky nebo termistory.

Variace odporu kovu s variací teploty je dána vztahem,

Kde Rt a R0 jsou hodnoty odporu při teplotách toC a t0oC. α a β jsou konstanty, které závisí na kovech. Tento vztah platí pro velké rozmezí teplot. Pro malé rozmezí teplot lze vztah vyjádřit takto,

RTD zařízení běžně používají kovy jako měď, nikl a platina. Každý kov má unikátní změny odporu, které odpovídají změnám teploty, známé jako odporově-teplotní charakteristiky.

Platina má teplotní rozsah 650°C, zatímco měď a nikl mají 120°C a 300°C. Obrázek 1 ukazuje odporově-teplotní charakteristickou křivku tří různých kovů. U platiny se odpor mění přibližně o 0,4 ohmy na stupeň Celsia teploty.

Čistota platiny v RTD je ověřena poměrem R100 / R0. Příměsi v materiálu způsobují odchylky od očekávaného grafu odporu-teploty, což ovlivňuje hodnoty α a β specifické pro daný kov.

Konstrukce odporového teploměru nebo RTD

Konstrukce je obvykle taková, že drát je navinut na formu (v cíve) na ozubené mickové křížové rámečky, aby byla dosažena malá velikost, zlepšena tepelná vodivost, snížen doba odezvy a dosažen vysoký stupeň přenosu tepla. V průmyslových RTD je cívka chráněna nerezovou obalovou trubkou nebo ochrannou trubkou.

Tímto způsobem je fyzický namahování zanedbatelné, když se drát rozpíná a zvyšuje délku drátu s teplotním změnou. Pokud se namahování drátu zvyšuje, pak se zvyšuje napětí. To způsobí, že se odpor drátu změní, což není požadováno. Proto nechceme, aby se odpor drátu měnil jinými než teplotními změnami.

To je také užitečné pro údržbu RTD, když je zařízení v provozu. Micka je umístěna mezi nerezovou obalovou trubkou a odporovým drátem pro lepší elektrickou izolaci. Díky nižšímu namahování odporového drátu by měl být pečlivě navinut na mickový list. Obrázek 2 ukazuje strukturní pohled na průmyslový odporový teploměr.

Zpracování signálu RTD

Můžeme si tento RTD koupit na trhu. Ale musíme znát postup, jak ho používat a jak vytvořit obvod pro zpracování signálu. Tímto způsobem lze minimalizovat chyby vedoucích vedení a další kalibrační chyby. V tomto RTD je změna hodnoty odporu vzhledem k teplotě velmi malá.

Odpor RTD je určen pomocí mostového obvodu, kde je dodáván konstantní elektrický proud a měřeno spád napětí napříč odporem, aby byla vypočtena teplota. Tato teplota je určena převodem hodnoty odporu RTD pomocí kalibračního výrazu. Různé moduly RTD jsou znázorněny na následujících obrázcích.

V dvojvodičovém RTD mostu chybí fiktivní vodič. Výstup se bere z zbývajících dvou konců, jak je znázorněno na obrázku 3. Avšak odpor vedoucích vedení je velmi důležité zohlednit, protože impedancí vedoucích vedení může být ovlivněno měření teploty. Tento efekt je minimalizován v třívodičovém RTD mostovém obvodu připojením fiktivního vodiče C.

V třívodičovém RTD, pokud jsou vodiče A a B stejně dlouhé a mají stejnou plochu průřezu, jejich impedanční efekty se navzájem vyrovnají. Fiktivní vodič C pak slouží jako čidlo pro měření spádu napětí bez přenášení proudu. V těchto obvodech je výstupní napětí přímo úměrné teplotě. Potřebujeme tedy jednu kalibrační rovnici pro určení teploty.

Výrazy pro třívodičový RTD obvod

Pokud známe hodnoty VS a VO, můžeme najít Rg a pak můžeme najít hodnotu teploty pomocí kalibrační rovnice. Nyní předpokládejme, že R1 = R2:

Pokud R3 = Rg; pak VO = 0 a most je vyvážen. To lze provést ručně, ale pokud nechceme provádět manuální výpočet, můžeme prostě vyřešit rovnici 3, abychom získali výraz pro Rg.

Tento výraz předpokládá, že odpor vedoucího vedení RL = 0. Předpokládejme, že RL je přítomen, pak se výraz Rg stane,

Takže, existuje chyba v hodnotě odporu RTD kvůli odporu RL. Proto potřebujeme kompenzovat odpor RL, jak jsme již diskutovali, připojením jednoho fiktivního vodiče 'C', jak je znázorněno na obrázku 4.

Omezení RTD

V odporu RTD dojde k I2R ztrátě energie samotným zařízením, což způsobí mírný ohřev. Toto se nazývá samoohřev RTD. Toto může také způsobit chybné čtení. Proto musí být elektrický proud procházející odporovým teploměrem dostatečně nízký a konstantní, aby se zabránilo samoohřevu.