Τι είναι ένας ανιχνευτής θερμοκρασίας με αντίσταση;

Τι είναι ένας Δείκτης Θερμοκρασίας Αντίστασης;

Ορισμός Δείκτη Θερμοκρασίας Αντίστασης

Ένας Δείκτης Θερμοκρασίας Αντίστασης (επίσης γνωστός ως Θερμομήτρη Αντίστασης ή RTD) είναι ένα ηλεκτρονικό συστηματικό που χρησιμοποιείται για την αποφασιστική της θερμοκρασίας μέσω της μέτρησης της αντίστασης ενός ηλεκτρικού καθεδρικού. Αυτό το καθεδρικό αναφέρεται ως αισθητήρας θερμοκρασίας. Εάν θέλουμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία με υψηλή ακρίβεια, ο RTD είναι η ιδανική λύση, καθώς έχει καλές γραμμικές χαρακτηριστικές σε ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Άλλα κοινά ηλεκτρονικά συστήματα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας περιλαμβάνουν το θερμοζεύγος ή τον θερμιστή.

Η μεταβολή της αντίστασης του μετάλλου με τη μεταβολή της θερμοκρασίας δίνεται ως,

Όπου, Rt και R0 είναι τα τιμή της αντίστασης σε toC και t0oC θερμοκρασίες. α και β είναι σταθερές που εξαρτώνται από τα μέταλλα.Αυτή η έκφραση είναι για μεγάλο φάσμα θερμοκρασιών. Για μικρό φάσμα θερμοκρασιών, η έκφραση μπορεί να είναι,

Τα συστήματα RTD χρησιμοποιούν συνήθως μέταλλα όπως Κοπάρι, Νικέλιο και Πλατίνιο. Κάθε μέταλλο έχει μοναδικές μεταβολές αντίστασης που αντιστοιχούν σε μεταβολές θερμοκρασίας, γνωστές ως χαρακτηριστικά αντίσταση-θερμοκρασία.

Το Πλατίνιο έχει φάσμα θερμοκρασίας 650oC, ενώ το Κοπάρι και το Νικέλιο έχουν 120oC και 300oC αντίστοιχα. Το σχήμα 1 δείχνει την καμπύλη των χαρακτηριστικών αντίσταση-θερμοκρασία των τριών διαφορετικών μετάλλων. Για το Πλατίνιο, η αντίστασή του αλλάζει περίπου 0,4 Ω ανά βαθμό Κελσίου θερμοκρασίας.

Η καθαρότητα του πλατινίου στα RTD επαληθεύεται από το λόγο R100 / R0. Οι ενώσεις στο υλικό προκαλούν αποκλίσεις από το αναμενόμενο γράφημα αντίσταση-θερμοκρασία, επηρεάζοντας τις τιμές α και β που είναι συγκεκριμένες για το μέταλλο.

Κατασκευή Δείκτη Θερμοκρασίας Αντίστασης ή RTD

Η κατασκευή είναι συνήθως τέτοια ώστε το καθεδρικό να είναι εντυλιγμένο σε μορφή (σε μποϊντ) σε ξεκούτσιο μικα διατομής για να επιτευχθεί μικρή διάσταση, βελτιώνοντας τη θερμική διακόπτουλη για να μειωθεί ο χρόνος αντίδρασης και να επιτευχθεί υψηλό ρυθμό μεταφοράς θερμότητας. Στα βιομηχανικά RTD, ο μποϊντ προστατεύεται από έναν σταυροειδή στόμαχο ή ένα προστατευτικό σωλήνα.

Έτσι, η φυσική τάση είναι αμελητέα καθώς το καθεδρικό επεκτείνεται και αυξάνει το μήκος του καθεδρικού με τη μεταβολή της θερμοκρασίας. Εάν η τάση στο καθεδρικό αυξάνεται, τότε η τάση αυξάνεται. Λόγω αυτού, η αντίσταση του καθεδρικού θα αλλάξει, το οποίο είναι επιθυμητό. Έτσι, δεν θέλουμε να αλλάξει η αντίσταση του καθεδρικού από άλλες ανεπιθύμητες αλλαγές εκτός από τις αλλαγές της θερμοκρασίας.

Αυτό είναι επίσης χρήσιμο για την συντήρηση του RTD κατά τη λειτουργία της εγκατάστασης. Το μίκα είναι τοποθετημένο μεταξύ του σταυροειδούς στόμαχου και του καθεδρικού αντίστασης για καλύτερη ηλεκτρική απομόνωση. Λόγω της μικρής τάσης στο καθεδρικό αντίστασης, πρέπει να είναι προσεκτικά εντυλιγμένο πάνω στο φύλλο μίκα. Το σχήμα 2 δείχνει την κατασκευαστική θεώρηση ενός βιομηχανικού Δείκτη Θερμοκρασίας Αντίστασης.

Επεξεργασία Σήματος RTD

Μπορούμε να βρούμε αυτό το RTD στην αγορά. Αλλά πρέπει να γνωρίζουμε τη διαδικασία πώς να το χρησιμοποιήσουμε και πώς να κατασκευάσουμε την κυκλωματική επεξεργασία σήματος. Έτσι, οι λάθοι που προκύπτουν από τα καθεδρικά σύνδεσης και άλλες παραμετροποιήσεις μπορούν να ελαχιστοποιηθούν. Σε αυτό το RTD, η μεταβολή της τιμής της αντίστασης είναι πολύ μικρή σε σχέση με τη θερμοκρασία.

Η αντίσταση ενός RTD καθορίζεται με τη χρήση ενός κύκλου γέφυρας, όπου παρέχεται σταθερή ηλεκτρική ρεύμα και μετρείται η πτώση τάσης σε έναν αντίσταση για να υπολογιστεί η θερμοκρασία. Αυτή η θερμοκρασία καθορίζεται μετατρέποντας την τιμή της αντίστασης του RTD με μια παράμετροποιητική έκφραση. Οι διαφορετικοί μόνοι του RTD είναι δεικτικοί στα παρακάτω σχήματα.

Σε δύο καθεδρικά RTD Γέφυρα, το ψευδή καθεδρικό απουσιάζει. Το εξωτερικό παίρνεται από τα υπόλοιπα δύο άκρα όπως φαίνεται στο σχήμα 3. Αλλά οι αντίστασης των καθεδρικών σύνδεσης είναι πολύ σημαντικές να ληφθούν υπόψη, γιατί η αντίσταση των καθεδρικών σύνδεσης μπορεί να επηρεάσει την ανάγνωση της θερμοκρασίας. Αυτή η επίδραση μειώνεται σε τρία καθεδρικά RTD γέφυρα κύκλου με τη σύνδεση ενός ψευδούς καθεδρικού C.

Σε ένα τρία καθεδρικά RTD, εάν τα καθεδρικά A και B είναι ίδια σε μήκος και διάμετρο, οι επιπτώσεις της αντίστασης τους αντισταθμίζονται. Το ψευδό καθεδρικό C τότε λειτουργεί ως αισθητήρας για τη μέτρηση της πτώσης τάσης χωρίς να μεταφέρει ρεύμα. Σε αυτά τα κύκλωμα, η εξωτερική τάση είναι ανάλογη με τη θερμοκρασία. Έτσι, χρειαζόμαστε μία παράμετροποιητική έκφραση για να βρούμε τη θερμοκρασία.

Εκφράσεις για έναν τρία καθεδρικά RTD Κύκλο

Εάν γνωρίζουμε τις τιμές του VS και V_O, μπορούμε να βρούμε το Rg και στη συνέχεια μπορούμε να βρούμε την τιμή της θερμοκρασίας με την παράμετροποιητική έκφραση. Τώρα, υποθέτουμε R₁ = R₂:

Εάν R₃ = R_g; τότε V_O = 0 και η γέφυρα είναι ισορροπημένη. Αυτό μπορεί να γίνει χειροκίνητα, αλλά εάν δεν θέλουμε να κάνουμε χειροκίνητο υπολογισμό, μπορούμε απλά να λύσουμε την εξίσωση 3 για να πάρουμε την έκφραση για το R_g.

Αυτή η έκφραση υποθέτει, όταν η αντίσταση των καθεδρικών σύνδεσης R_L = 0. Υποθέτουμε, εάν RL είναι παρόν σε μια κατάσταση, τότε η έκφραση του R_g γίνεται,

Έτσι, υπάρχει ένα λάθος στην τιμή της αντίστασης RTD λόγω της αντίστασης R_L. Γι' αυτό χρειαζόμαστε να αντισταθμίσουμε την αντίσταση R_L όπως έχουμε ήδη συζητήσει, συνδέοντας ένα ψευδό καθεδρικό 'C' όπως φαίνεται στο σχήμα 4.

Περιορισμοί του RTD

Στην αντίσταση RTD, θα υπάρξει μια διασπορά ισχύ