چه چیزی را دترکتور دما مقاومتی می نامند

چه چیزی است دیتکتور دما مقاومتی؟

تعریف دیتکتور دما مقاومتی

دیتکتور دما مقاومتی (که به عنوان ترمومتر مقاومتی یا RTD نیز شناخته می‌شود) یک دستگاه الکترونیکی است که برای تعیین دما با اندازه‌گیری مقاومت سیم الکتریکی استفاده می‌شود. این سیم به عنوان حسگر دما شناخته می‌شود. اگر بخواهیم دما را با دقت بالا اندازه‌گیری کنیم، RTD راه‌حل ایدئال است، زیرا خصوصیات خطی خوبی در محدوده گسترده‌ای از دماها دارد. دستگاه‌های الکترونیکی دیگری که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شوند شامل حرارت‌پاره یا ترموستور هستند.

تغییر مقاومت فلز با تغییر دما به صورت زیر داده می‌شود،

که در آن، Rt و R0 مقادیر مقاومت در دماهای toC و t0oC هستند. α و β ثابت‌هایی هستند که به فلزات بستگی دارند. این عبارت برای محدوده گسترده‌ای از دماها است. برای محدوده کوچک دما، عبارت می‌تواند به صورت زیر باشد،

دستگاه‌های RTD معمولاً از فلزاتی مانند مس، نیکل و پلاتین استفاده می‌کنند. هر فلز تغییرات منحصر به فردی در مقاومت دارد که با تغییرات دما متناظر است، که به عنوان مشخصات مقاومت-دما شناخته می‌شود.

پلاتین دامنه دما 650oC دارد، و سپس مس و نیکل به ترتیب 120oC و 300oC. شکل 1 نمودار مشخصات مقاومت-دما سه فلز مختلف را نشان می‌دهد. برای پلاتین، مقاومت آن حدود 0.4 اهم بر درجه سانتیگراد تغییر می‌کند.

نوعیت پلاتین در RTDs با نسبت R100 / R0 تأیید می‌شود. آلودگی‌های موجود در مواد باعث انحراف از نمودار مقاومت-دما مورد انتظار می‌شود، که بر مقادیر α و β مخصوص به فلز تأثیر می‌گذارد.

ساختار دیتکتور دما مقاومتی یا RTD

ساختار معمولاً چنان است که سیم روی یک قالب (در یک لوله) روی یک قاب میکا با نوارهای ناهموار پیچیده می‌شود تا اندازه کوچکی به دست آید، که انتقال حرارت را بهبود بخشد و زمان پاسخ را کاهش دهد. در RTD‌های صنعتی، لوله با یک جدار محافظ از فولاد ضد زنگ یا لوله محافظ محافظت می‌شود.

بنابراین، تنش فیزیکی ناچیز است زیرا سیم با گرم شدن و افزایش طول سیم با تغییر دما. اگر تنش روی سیم افزایش یابد، تنش افزایش می‌یابد. به دلیل آن، مقاومت سیم تغییر می‌کند که امری نامطلوب است. بنابراین، ما نمی‌خواهیم مقاومت سیم به دلیل تغییرات ناخواسته به غیر از تغییرات دما تغییر کند.

این موضوع نیز برای نگهداری RTD در حالی که کارخانه در حال عملیات است مفید است. میکا بین جدار محافظ فولادی و سیم مقاومت قرار می‌گیرد برای عایق بندی الکتریکی بهتر. به دلیل کم بودن تنش در سیم مقاومت، باید به دقت روی برگه میکا پیچیده شود. شکل 2 نمای ساختاری یک دیتکتور دما مقاومتی صنعتی را نشان می‌دهد.

پردازش سیگنال RTD

ما می‌توانیم این RTD را در بازار پیدا کنیم. اما باید روش استفاده از آن و نحوه ساخت مدار پردازش سیگنال را بدانیم. بنابراین، خطاهای سیم‌های اتصال و خطاهای دیگر کالیبراسیون می‌توانند به حداقل رسیده شوند. در این RTD، تغییر مقادیر مقاومت بسیار کوچک است نسبت به دما.

مقاومت یک RTD با استفاده از یک مدار پل تعیین می‌شود، که در آن جریان الکتریکی ثابتی تأمین می‌شود و فروپاشی ولتاژ روی یک مقاومت اندازه‌گیری می‌شود تا دما محاسبه شود. این دما با تبدیل مقادیر مقاومت RTD با استفاده از عبارت کالیبراسیون تعیین می‌شود. مدول‌های مختلف RTD در شکل‌های زیر نشان داده شده‌اند.

در مدار پل دو سیمی RTD، سیم مدل وجود ندارد. خروجی از دو انتهای باقی‌مانده گرفته می‌شود مانند شکل 3. اما مقاومت‌های سیم‌های اتصال بسیار مهم است که در نظر گرفته شود، زیرا امپدانس سیم‌های اتصال ممکن است بر خواندن دما تأثیر بگذارد. این اثر در مدار پل سه سیمی RTD با اتصال یک سیم مدل C کاهش می‌یابد.

در یک RTD سه سیمی، اگر سیم‌های A و B در طول و مساحت مقطع یکسان باشند، تأثیرات امپدانس آنها یکدیگر را خنثی می‌کنند. سیم مدل C سپس به عنوان یک سیم حسگر برای اندازه‌گیری فروپاشی ولتاژ بدون انتقال جریان عمل می‌کند. در این مدارها، ولتاژ خروجی مستقیماً متناسب با دما است. بنابراین، ما به یک معادله کالیبراسیون برای یافتن دما نیاز داریم.

عبارات برای مدار سه سیمی RTD

اگر مقادیر VS و V_O را بدانیم، می‌توانیم Rg را پیدا کنیم و سپس می‌توانیم مقدار دما را با استفاده از معادله کالیبراسیون پیدا کنیم. حالا، فرض کنید R₁ = R₂:

اگر R₃ = R_g; آنگاه V_O = 0 و پل متوازن است. این کار می‌تواند دستی انجام شود، اما اگر نمی‌خواهیم محاسبه دستی انجام دهیم، می‌توانیم فقط معادله 3 را حل کنیم تا عبارت R_g را به دست آوریم.

این عبارت فرض می‌کند که وقتی مقاومت سیم اتصال R_L = 0. فرض کنید اگر RL در یک وضعیت موجود باشد، آنگاه عبارت R_g به صورت زیر می‌شود،

بنابراین، خطایی در مقدار مقاومت RTD به دلیل مقاومت R_L وجود دارد. به همین دلیل ما نیاز داریم مقاومت R_L را به صورتی که قبلاً بحث شد جبران کنیم با اتصال یک خط مدل 'C' مانند شکل 4.

محدودیت‌های RTD

در مقاومت RTD، مصرف انرژی I2R توسط دستگاه خود که باعث یک اثر گرمایی کوچک می‌شود. این امر به عنوان گرمای خودی در RTD شناخته می‌شود. این ممکن است باعث خواندن اشتباه شود. بنابراین، جریان الکتریکی از طریق مقاومت RTD باید به حد کافی کم و ثابت نگه داشته شود تا گرمای خودی را جلوگیری کند.