Mikä on vastuslämpömittari?

Mikä on vastuslämpömittari?

Vastuslämpömittarin määritelmä

Vastuslämpömittari (tunnetaan myös nimellä vastustintermometri tai RTD) on sähkölaite, jota käytetään lämpötilan mittaamiseen mittamalla sähköjohtojen vastusta. Tätä johtoa kutsutaan lämpötilantunnisteksi. Jos haluamme mitata lämpötilaa korkealla tarkkuudella, RTD on ideaali ratkaisu, sillä sillä on hyvät lineaariset ominaisuudet laajalla lämpötilavälillä. Muut yleiset sähköiset laitteet, joita käytetään lämpötilan mittaamiseen, ovat termoparia ja termistori.

Metallin vastuksen muutos lämpötilan muuttuessa ilmaistaan seuraavasti,

Missä, Rt ja R0 ovat vastustearvoja toC ja t0oC lämpötiloissa. α ja β ovat vakioita, jotka riippuvat metallista. Tämä lauseke on suurelle lämpötilavälille. Pienelle lämpötilavälille lauseke voi olla,seuraava:

RTD-laitteissa yleisesti käytettyjä metalleja ovat kupari, nikeli ja platina. Jokaisella metallilla on ainutlaatuisia vastusmuutoksia, jotka liittyvät lämpötilamuutoksiin, eli vastus-lämpötila-ominaisuudet.

Platinalla on lämpötilaväli 650oC, kun taas kuparilla ja nikellillä on 120oC ja 300oC. Kuva 1 näyttää kolmen eri metallin vastus-lämpötila-ominaisuuskäyrän. Platinan vastus muuttuu noin 0,4 ohmia per astetta Celsiusin lämpötilan muuttuessa.

Platinan puhtauden RTD:ssä varmistetaan suhteellisella R100 / R0. Materiaalin epäpuhtaudet aiheuttavat poikkeamia odotettuun vastus-lämpötilakaavioon, vaikuttaen metalliin liittyviin α ja β arvoihin.

Vastuslämpömittarin tai RTD:n rakennus

Rakennus on yleensä sellainen, että johto on kyynelty (pyörreessä) notkussa mikaseen ristiin, saavutetaan pieni koko, parannetaan lämpöjohtavuutta vähentääksesi vastausaikaa ja saadaan korkea lämmön siirtymisnopeus. Teollisissa RTD:ssä pyörre on suojattu ruostumattoman terässovitteen tai suojaturun avulla.

Näin fysikaalinen jännitys on merkityksetön, kun johto laajenee ja kasvaa pituudeltaan lämpötilan muuttuessa. Jos jännitys johtoon kasvaa, niin jännitys kasvaa. Seurauksena johton vastus muuttuu, mikä on epätoivottavaa. Emme halua, että johto muuttaa vastustaan muilla muutoksilla kuin lämpötilan muutoksella.

Tämä on myös hyödyllistä RTD:n huollossa, kun tehdas on käytössä. Mikasi asetetaan terässovitteen ja vastusjohto välille paremman sähköisen eristyksen vuoksi. Vastausjohto pitää kiinnittää huolellisesti mikaseen levylle vähentääkseen jännitystä. Kuva 2 näyttää teollisen vastuslämpömittarin rakennuksen.

RTD:n signaalinkäsittely

Voimme ostaa tämän RTD:n markkinoilta. Mutta meidän on tiedettävä menettely, miten sitä käytetään ja miten signaalinkäsittelypiiri tehdään. Näin johtojen virheet ja muut kalibrointivirheet voidaan minimoida. RTD:ssä vastuksen muutos lämpötilan suhteen on hyvin pieni.

RTD:n vastus määritetään silmukapiirin avulla, jossa annetaan vakio sähkövirta ja mitataan jännite pudotus vastuksen yli laskemaan lämpötila. Tämä lämpötila määritetään muuntamalla RTD:n vastusarvo kalibrointilausekkeen avulla. Eri RTD-moduulit näkyvät alla olevissa kuvissa.

Kahden johtojen RTD-silmukassa dummy-johto on puuttuva. Ulosotto otetaan kahdesta muusta päätepisteestä, kuten kuva 3 osoittaa. Mutta lisäjohtojen vastukset on otettava huomioon, koska lisäjohtojen impedanssi voi vaikuttaa lämpötilalukuun. Tämän vaikutuksen vähentää kolmen johtojen RTD-silmukka dummy-johto C:llä.

Kolmen johtojen RTD:ssä, jos A- ja B-johtot ovat samanpituisia ja -pinta-alaisia, niiden impedanssi vaikutukset neutraalisoivat toisensa. Dummy-johto C toimii sitten mittausjohtona jännitetten pudotuksen mittaamiseksi ilman virtaa. Nämä piireissä ulostulojännite on suoraan verrannollinen lämpötilaan. Tarvitsemme yhden kalibrointiyhtälön lämpötilan löytämiseksi.

Lausekkeet kolmen johtojen RTD-piirille

Jos tiedämme VS:n ja V_O:n arvot, voimme löytää Rg:n ja sitten voimme löytää lämpötilan arvon kalibrointiyhtälön avulla. Oletetaan nyt, että R₁ = R₂:

Jos R₃ = R_g; sitten V_O = 0 ja silmukka on tasapainossa. Tämä voidaan tehdä manuaalisesti, mutta jos emme halua tehdä manuaalista laskutoimitusta, voimme vain ratkaista yhtälön 3 saadaksemme lausekkeen R_g:lle.

Tämä lauseke olettaa, että johtojohto R_L = 0. Oletetaan, että RL on tilanteessa, sitten R_g:n lauseke muuttuu seuraavaksi:

Joten, on virhe RTD:n vastusarvossa R_L-vastuksen takia. Siksi meidän on kompensoitava R_L-vastus, kuten jo keskustelimme, yhdistämällä yksi dummy-johto 'C' kuten kuva 4 osoittaa.

RTD:n rajoitukset

RTD:n vastuksessa on I2R-teho, joka aiheuttaa lievän lämmöntuoton. Tätä kutsutaan itselämmöntuonnaksi RTD:ssä. Tämä voi myös aiheuttaa virheellisen lukeman. Siksi RTD:n vastuksen kautta kulkevan sähkövirran on pidettävä riittävän alhaisena ja vakiona välttääkseni itselämmöntuonnasta johtuvia virheitä.