Ano ang Resistance Temperature Detector?

Ano ang Resistance Temperature Detector?

Pangungusap ng Resistance Temperature Detector

Ang Resistance Temperature Detector (kilala rin bilang Resistance Thermometer o RTD) ay isang electronic device na ginagamit para matukoy ang temperatura sa pamamagitan ng pagsukat ng resistance ng isang electrical wire. Tinatawag itong temperature sensor. Kung nais nating sukatin ang temperatura nang may mataas na katumpakan, ang RTD ang ideal na solusyon, dahil ito ay may mabuting linear characteristics sa malawak na saklaw ng temperatura. Iba pang karaniwang mga elektronik na device na ginagamit para sukatin ang temperatura ay kinabibilangan ng thermocouple o thermistor.

Ang pagbabago ng resistance ng metal sa pagbabago ng temperatura ay ibinibigay bilang,

Kung saan, ang Rt at R0 ay ang resistance values sa toC at t0oC temperatures. Ang α at β ay mga constants na depende sa metals. Ang expression na ito ay para sa malaking saklaw ng temperatura. Para sa maliit na saklaw ng temperatura, ang expression ay maaaring,

Karaniwan, ang mga RTD devices ay gumagamit ng mga metal tulad ng Copper, Nickel, at Platinum. Bawat metal ay may unique resistance changes na tumutugon sa pagbabago ng temperatura, na tinatawag na resistance-temperature characteristics.

Ang Platinum ay may temperatura range na 650oC, samantalang ang Copper at Nickel ay may 120oC at 300oC, respectively. Ang figure-1 ay nagpapakita ng resistance-temperature characteristics curve ng tatlong iba't ibang metals. Para sa Platinum, ang resistance nito ay nagbabago ng humigit-kumulang 0.4 ohms bawat degree Celsius ng temperatura.

Ang purity ng platinum sa mga RTDs ay pinapatunayan sa pamamagitan ng ratio R100 / R0. Ang mga impurities sa materyal ay nagdudulot ng pagbabago mula sa inaasahang resistance-temperature graph, na nakakaapekto sa α at β values specific sa metal.

Konstruksyon ng Resistance Temperature Detector o RTD

Ang konstruksyon ay tipikal na ganoon na ang wire ay inilililitaw sa isang form (sa isang coil) sa notched mica cross frame upang makamit ang maliit na laki, na nagpapabuti sa thermal conductivity upang bawasan ang response time at makamit ang mataas na rate ng heat transfer. Sa mga industriyal na RTD’s, ang coil ay protektado ng stainless steel sheath o protective tube.

Kaya, ang pisikal na strain ay negligible habang ang wire ay lumalaki at lumalaki ang haba ng wire sa pagbabago ng temperatura. Kung ang strain sa wire ay lumalaki, ang tensyon ay lumalaki. Dahil dito, ang resistance ng wire ay magbabago na hindi ito kailangan. Kaya, hindi namin nais na magbago ang resistance ng wire sa anumang iba pang unwanted changes maliban sa pagbabago ng temperatura.

Ito ay din useful sa RTD maintenance habang ang planta ay nasa operasyon. Ang mica ay inilalagay sa pagitan ng steel sheath at resistance wire para sa mas mahusay na electrical insulation. Dahil sa less strain sa resistance wire, ito ay dapat mapag-utos na mabuti sa mica sheet. Ang fig.2 ay nagpapakita ng structural view ng isang Industrial Resistance Temperature Detector.

Signal Conditioning ng RTD

Maaari nating makamit ang RTD sa merkado. Ngunit kailangan nating malaman ang proseso kung paano gamitin ito at kung paano gawin ang signal conditioning circuitry. Kaya, ang lead wire errors at iba pang calibration errors ay maaaring bawasan. Sa RTD, ang pagbabago ng resistance value ay napakaliit sa pagkakaiba-iba ng temperatura.

Ang resistance ng isang RTD ay natutukoy gamit ang bridge circuit, kung saan ang constant electric current ay ipinapadala at ang voltage drop across a resistor ay sinukat upang makalkula ang temperatura. Ang temperatura ay natutukoy sa pamamagitan ng conversion ng RTD resistance value gamit ang calibration expression. Ang iba't ibang modules ng RTD ay ipinapakita sa mga sumusunod na figures.

Sa two wires RTD Bridge, wala ang dummy wire. Ang output ay kinukuha mula sa natitirang dalawang dulo tulad ng ipinapakita sa fig.3. Ngunit ang extension wire resistances ay napakahalaga na isaalang-alang, dahil ang impedance ng extension wires ay maaaring makaapekto sa temperature reading. Ang epekto na ito ay mininimize sa three wires RTD bridge circuit sa pamamagitan ng pagkakonekta ng dummy wire C.

Sa isang three-wire RTD, kung ang wires A at B ay identical sa length at cross-sectional area, ang kanilang impedance effects ay neutralize each other. Ang dummy wire C ay nagsisilbing sensing lead upang sukatin ang voltage drop nang walang nagdadala ng current. Sa mga circuits na ito, ang output voltage ay directly proportional sa temperatura. Kaya, kailangan natin ng isang calibration equation upang makahanap ng temperatura.

Expressions para sa Three Wires RTD Circuit

Kung alam natin ang values ng VS at V_O, maaari nating hanapin ang Rg at pagkatapos ay maaari nating hanapin ang temperatura value gamit ang calibration equation. Ngayon, assume R₁ = R₂:

Kung R₃ = R_g; then V_O = 0 at balanced ang bridge. Ito ay maaaring gawin manually, ngunit kung ayaw nating gawin ang manual calculation, maaari lang nating i-solve ang equation 3 upang makakuha ng expression para sa R_g.

Ang expression na ito ay assuming, kapag ang lead resistance R_L = 0. Suposin, kung present ang RL sa isang sitwasyon, ang expression ng R_g ay naging,

Kaya, may error sa RTD resistance value dahil sa R_L resistance. Dahil dito, kailangan nating kompensate ang R_L resistance tulad ng napagusapan na sa pamamagitan ng pagkakonekta ng isang dummy line ‘C’ tulad ng ipinapakita sa fig.4.

Limitasyon ng RTD

Sa RTD resistance, mayroong I2R power dissipation na dulot ng device mismo na nagdudulot ng kaunti ng heating effect. Ito ang tinatawag na self-heating sa RTD. Ito ay maaaring magdulot ng erroneous reading. Kaya, ang electric current sa pamamagitan ng RTD resistance ay dapat panatilihin na sapat na mababa at constant upang iwasan ang self-heating.