چه چیزی دترکتور دما مقاومتی است

دیتکتور دما بر اساس مقاومت چیست؟

تعریف دیتکتور دما بر اساس مقاومت

دیتکتور دما بر اساس مقاومت (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 ایده‌آل است، زیرا ویژگی‌های خطی خوبی در محدوده گسترده‌ای از دماها دارد. دستگاه‌های الکترونیکی دیگری که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شوند شامل ترموکوپل یا ترمویستور هستند.

تغییر مقاومت فلز با تغییر دما به صورت زیر بیان 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 مقاومت منحصر به فردی دارد که با تغییرات دما متناسب است، که به عنوان ویژگی‌های مقاومت-دما شناخته می‌شود.

پلاتین دامنه دما ۶۵۰ درجه سانتیگراد دارد، و سپس مس و نیکل به ترتیب ۱۲۰ درجه سانتیگراد و ۳۰۰ درجه سانتیگراد دارند. شکل ۱ نمودار ویژگی‌های مقاومت-دما سه فلز مختلف را نشان می‌دهد. برای پلاتین، مقاومت آن حدود ۰٫۴ اهم برای هر درجه سانتیگراد تغییر می‌کند.

نوعیت پلاتین در RTDs با نسبت R100 / R0 تأیید می‌شود. آلاینده‌های موجود در مواد موجب انحراف از نمودار مقاومت-دما مورد انتظار می‌شوند و مقادیر α و β خاص برای فلز را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

ساختار دیتکتور دما بر اساس مقاومت یا RTD

ساختار معمولاً به گونه‌ای است که سیم به صورت لوله‌ای روی یک قالب (در یک پیچ) روی یک قاب میکا با دندانه‌ها تنظیم شده تا اندازه کوچکی داشته باشد، این کار باعث بهبود هرسایی حرارتی برای کاهش زمان پاسخ و به دست آوردن نرخ بالای انتقال حرارت می‌شود. در RTD صنعتی، لوله با یک غلاف فولاد ضد زنگ یا لوله محافظ محافظت می‌شود.

بنابراین، تنش فیزیکی ناچیز است زیرا سیم با افزایش دما منبسط می‌شود و طول سیم افزایش می‌یابد. اگر تنش روی سیم افزایش یابد، تنش افزایش می‌یابد. به دلیل این موضوع، مقاومت سیم تغییر می‌کند که امری نامطلوب است. بنابراین، ما نمی‌خواهیم مقاومت سیم به دلیل تغییرات ناخواسته دیگری جز تغییرات دما تغییر کند.

این کار برای نگهداری RTD در حالی که کارخانه در حال عملیات است نیز مفید است. میکا بین غلاف فولادی و سیم مقاومت برای بهبود عایق بندی الکتریکی قرار داده می‌شود. به دلیل کم بودن تنش در سیم مقاومت، باید با دقت روی ورق میکا پیچیده شود. شکل ۲ نمای ساختاری یک دیتکتور دما بر اساس مقاومت صنعتی را نشان می‌دهد.

شرایط سیگنال در RTD

می‌توانیم این RTD را در بازار پیدا کنیم. اما باید روش استفاده از آن و نحوه ساخت مدار شرایط سیگنال را بدانیم. به این ترتیب، خطاهای سیم‌های مربوط و خطاهای دیگر کالیبراسیون می‌توانند کاهش یابند. در این RTD، تغییر مقادیر مقاومت نسبت به دما بسیار کم است.

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

در مدار پل RTD دو سیمی، سیم مجازی وجود ندارد. خروجی از دو انتهای باقی‌مانده به صورت نشان داده شده در شکل ۳ گرفته می‌شود. اما مقاومت‌های سیم‌های اتصال بسیار مهم هستند که در نظر گرفته شوند، زیرا امپدانس سیم‌های اتصال ممکن است بر خواندن دما تأثیر بگذارد. این اثر در مدار پل RTD سه سیمی با اتصال یک سیم مجازی C کاهش می‌یابد.

در یک RTD سه سیمی، اگر سیم‌های A و B در طول و مساحت مقطع یکسان باشند، اثرات امپدانس آن‌ها یکدیگر را خنثی می‌کنند. سیم مجازی C سپس به عنوان یک سیم حسگر برای اندازه‌گیری فشار 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 RTD سه سیمی

اگر مقادیر VS و VO 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 = Rg؛ آنگاه VO = 0 و مدار متعادل است. این کار می‌تواند به صورت دستی انجام شود، اما اگر نمی‌خواهیم محاسبات دستی انجام دهیم، می‌توانیم فقط معادله ۳ را حل کنیم تا عبارت Rg را به دست آوریم.

این عبارت فرض می‌کند که وقتی مقاومت سیم RL = 0 است. فرض کنید اگر RL در یک وضعیت وجود داشته باشد، آنگاه عبارت Rg به صورت زیر می‌شود،

بنابراین، خطایی در مقدار مقاومت RTD به دلیل مقاومت RL وجود دارد. به همین دلیل باید مقاومت RL را به صورتی که قبلاً بحث شده توسط اتصال یک خط مجازی 'C' به صورت نشان داده شده در شکل ۴ جبران کنیم.

محدودیت‌های RTD

در مقاومت RTD، مصرف توان I2R توسط دستگاه باعث یک اثر گرمایی کمی می‌شود. این امر به عنوان گرم شدن خودبه‌خودی در RTD شناخته می‌شود. این می‌تواند باعث خواندن اشتباه شود. بنابراین، جریان الکتریکی از طریق مقاومت RTD باید به اندازه کافی کم و ثابت نگه داشته شود تا گرم شدن خودبه‌خودی را جلوگیری شود.