Hvad er en Resistance Temperature Detector?

Hvad er en Resistance Temperature Detector?

Definition af Resistance Temperature Detector

En Resistance Temperature Detector (også kendt som et Resistance Thermometer eller RTD) er en elektronisk enhed, der bruges til at bestemme temperaturen ved at måle resistansen af en elektrisk ledning. Denne ledning kaldes for en temperatursensor. Hvis vi ønsker at måle temperaturen med høj præcision, er et RTD den ideelle løsning, da det har gode lineære egenskaber over et bredt temperaturinterval. Andre almindelige elektroniske enheder, der bruges til at måle temperatur, inkluderer en termokobling eller en termistor.

Variationen i resistansen for metallet med variationen i temperaturen er givet som,

Hvor Rt og R0 er resistansværdierne ved toC og t0oC temperaturer. α og β er konstanter, der afhænger af metallerne. Dette udtryk er for et stort temperaturinterval. For et lille temperaturinterval kan udtrykket være,Dette udtryk er for et stort temperaturinterval. For et lille temperaturinterval kan udtrykket være,

RTD-enheder bruger ofte metaller som kobber, nikkel og platin. Hvert metal har unikke resistansændringer, der svarer til temperaturvariationer, kendt som resistans-temperatur karakteristika.

Platin har et temperaturinterval på 650oC, mens kobber og nikkel har henholdsvis 120oC og 300oC. Figur 1 viser resistans-temperatur karakteristikkurven for de tre forskellige metaller. For platin ændrer resistansen sig med ca. 0,4 ohm per grad celsius i temperatur.

Rengøringen af platin i RTD'er verificeres ved forholdet R100 / R0. Urenheder i materialet forårsager afvigelse fra den forventede resistans-temperatur graf, hvilket påvirker α og β værdierne specifikke for metallet.

Konstruktion af Resistance Temperature Detector eller RTD

Konstruktionen er typisk sådan, at ledningen er opviklet på en form (i en spole) på en notched mica krydsramme for at opnå en lille størrelse, hvilket forbedrer varmekonduktiviteten for at mindske respons tiden, og en høj värmetransfer rate opnås. I industrielle RTD'er er spolen beskyttet af en rustfri stålslid eller en beskyttelsesrør.

Således er den fysiske spænding ubetydelig, da tråden udvides og længden af tråden øges med temperaturen. Hvis spændingen på tråden øges, øges også tensionen. Derfor vil resistansen i tråden ændre sig, hvilket er uønsket. Så vi ønsker ikke at ændre resistansen i tråden pga. andre uønskede ændringer end temperaturændringer.

Dette er også nyttigt til vedligeholdelse af RTD under drift. Mica er placeret mellem stålsliden og resistansledningen for bedre elektrisk isolation. På grund af mindre spænding i resistansledningen, skal den omhyggeligt vindes over mica ark. Figur 2 viser strukturen af en industriel Resistance Temperature Detector.

Signalbehandling af RTD

Vi kan få denne RTD på markedet. Men vi skal vide proceduren for, hvordan den skal anvendes, og hvordan man laver signalbehandlingskredsløbet. Således kan lead wire fejl og andre kalibrationsfejl minimere. I denne RTD er ændringen i resistansværdien meget lille i forhold til temperaturen.

Resistansen i en RTD fastlægges ved hjælp af en brokreds, hvor en konstant elektrisk strøm leveres, og spændingsfaldet over en resistor måles for at beregne temperaturen. Denne temperatur fastsættes ved at konvertere RTD resistansværdien ved hjælp af en kalibreringsudtryk. De forskellige moduler af RTD er vist i nedenstående figurer.

I en to-tråde RTD-brok, mangler dummy-ledningen. Outputtaget fra de resterende to ender, som vist i figur 3. Men resistancerne i forlængsledninger er meget vigtige at tage hensyn til, fordi impedancen i forlængsledninger kan påvirke temperaturen. Denne effekt minimeres i en tre-tråde RTD-brok ved at tilslutte en dummy-ledning C.

I en tre-tråde RTD, hvis ledninger A og B er identiske i længde og tværsnitsareal, neutraliserer deres impedanseffekter hinanden. Dummy-ledningen C fungerer så som en sensorledning til at måle spændingsfald uden at bære strøm. I disse kredsløb er outputspændingen direkte proportional med temperaturen. Så vi har brug for en kalibreringsligning for at finde temperaturen.

Udtryk for en tre-tråde RTD-kreds

Hvis vi kender værdierne af VS og V_O, kan vi finde Rg og derefter kan vi finde temperaturen ved hjælp af kalibreringsligningen. Antag nu, at R₁ = R₂:

Hvis R₃ = R_g; så er V_O = 0, og broen er balanceret. Dette kan gøres manuelt, men hvis vi ikke ønsker at udføre en manuel beregning, kan vi bare løse ligning 3 for at få udtrykket for R_g.

Dette udtryk antager, at når ledningsresistansen R_L = 0. Antag, at RL findes i en situation, så bliver udtrykket for R_g,

Således er der en fejl i RTD-resistansværdien pga. R_L resistansen. Derfor skal vi kompensere R_L resistansen, som vi allerede har diskuteret, ved at tilslutte en dummy-linje 'C', som vist i figur 4.

Begrænsninger af RTD

I RTD-resistansen vil der være en I2R effektivitetsforbrug, der forårsages af enheden selv, hvilket forårsager en let opvarmning. Dette kaldes for selvopvarmning i RTD. Dette kan også forårsage en fejlagtig læsning. Derfor skal den elektriske strøm gennem RTD-resistansen holdes tilstrækkelig lav og konstant for at undgå selvopvarmning.