रेजिस्टेंस टेम्परेचर डिटेक्टर क्या है

रेजिस्टेंस टेम्परेचर डिटेक्टर क्या है?

रेजिस्टेंस टेम्परेचर डिटेक्टर की परिभाषा

रेजिस्टेंस टेम्परेचर डिटेक्टर (जिसे रेजिस्टेंस थर्मोमीटर या RTD भी कहते हैं) एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जो तापमान को मापने के लिए इलेक्ट्रिकल वायर के प्रतिरोध को मापता है। इस वायर को टेम्परेचर सेंसर के रूप में जाना जाता है। अगर हम उच्च सटीकता से तापमान मापना चाहते हैं, तो RTD आदर्श समाधान है, क्योंकि यह एक व्यापक तापमान की श्रेणी में अच्छी रैखिक विशेषताएँ दर्शाता है। तापमान मापने के लिए अन्य सामान्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में थर्मोकपल या थर्मिस्टर शामिल हैं।

धातु के प्रतिरोध में परिवर्तन तापमान के परिवर्तन के साथ निम्नलिखित रूप से दिया गया है,

जहाँ, Rt और R0 toC और t0oC तापमान पर प्रतिरोध मान हैं। α और β धातुओं पर निर्भर करने वाले स्थिरांक हैं। यह व्यंजक बड़ी तापमान श्रेणी के लिए है। छोटी तापमान श्रेणी के लिए, व्यंजक निम्नलिखित हो सकता है, 

RTD उपकरण आमतौर पर तांबा, निकेल और प्लैटिनम जैसी धातुओं का उपयोग करते हैं। प्रत्येक धातु के लिए तापमान परिवर्तन के साथ-साथ प्रतिरोध के विशिष्ट परिवर्तन होते हैं, जिन्हें प्रतिरोध-तापमान विशेषताएँ कहा जाता है।

प्लैटिनम की तापमान श्रेणी 650oC है, फिर तांबा और निकेल की तापमान श्रेणियाँ क्रमशः 120oC और 300oC हैं। चित्र-1 तीन अलग-अलग धातुओं की प्रतिरोध-तापमान विशेषताओं की वक्र रेखा दिखाता है। प्लैटिनम के लिए, इसका प्रतिरोध प्रत्येक डिग्री सेल्सियस तापमान पर लगभग 0.4 ओह्म बदलता है।

RTDs में प्लैटिनम की शुद्धता R100 / R0 के अनुपात द्वारा सत्यापित की जाती है। सामग्री में दोष प्रतिरोध-तापमान ग्राफ से विचलन का कारण बनते हैं, जो धातु के लिए विशिष्ट α और β मानों को प्रभावित करते हैं।

रेजिस्टेंस टेम्परेचर डिटेक्टर या RTD का निर्माण

निर्माण आमतौर पर ऐसा होता है कि वायर को एक फॉर्म (कोइल) में लपेटा जाता है, जो नोचदार माइका क्रॉस फ्रेम पर लगभग छोटे आकार को प्राप्त करने के लिए थर्मल कंडक्टिविटी में सुधार करता है, जिससे प्रतिक्रिया समय कम हो जाता है और उच्च दर से ऊष्मा स्थानांतरण प्राप्त होता है। औद्योगिक RTD में, कोइल को स्टेनलेस स्टील शीथ या सुरक्षा ट्यूब द्वारा संरक्षित किया जाता है।

इससे, वायर का भौतिक तनाव नगण्य होता है, क्योंकि वायर तापमान परिवर्तन के साथ फैलता है और वायर की लंबाई बढ़ती है। अगर वायर पर तनाव बढ़ता है, तो तनाव बढ़ता है। इसके कारण, वायर का प्रतिरोध बदल जाता है, जो अवांछनीय है। इसलिए, हम वायर के प्रतिरोध को किसी अन्य अवांछित परिवर्तनों से बदलना नहीं चाहते, बल्कि केवल तापमान परिवर्तनों से।

यह RTD के रखरखाव के लिए भी उपयोगी है, जब प्लांट संचालन में होता है। माइका को स्टील शीथ और प्रतिरोध वायर के बीच रखा जाता है बेहतर विद्युत अवरोधन के लिए। प्रतिरोध वायर में कम तनाव के कारण, इसे ध्यान से माइका शीट पर लपेटा जाना चाहिए। चित्र-2 एक औद्योगिक रेजिस्टेंस टेम्परेचर डिटेक्टर की संरचनात्मक दृश्य को दिखाता है।

RTD का सिग्नल संशोधन

हम बाजार में यह RTD प्राप्त कर सकते हैं। लेकिन हमें यह प्रक्रिया जाननी चाहिए कि इसे कैसे उपयोग किया जाए और सिग्नल संशोधन सर्किट्री कैसे बनाई जाए। इससे, लीड वायर त्रुटियाँ और अन्य कैलिब्रेशन त्रुटियाँ कम की जा सकती हैं। इस RTD में, प्रतिरोध मान में तापमान के संबंध में बहुत छोटा परिवर्तन होता है।

RTD का प्रतिरोध एक ब्रिज सर्किट का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है, जहाँ एक स्थिर विद्युत धारा आपूर्ति की जाती है और एक प्रतिरोध पर वोल्टेज ड्रॉप मापा जाता है तापमान की गणना करने के लिए। यह तापमान एक कैलिब्रेशन व्यंजक का उपयोग करके RTD प्रतिरोध मान को परिवर्तित करके निर्धारित किया जाता है। RTD के विभिन्न मॉड्यूल निम्नलिखित चित्रों में दिखाए गए हैं।

दो वायर RTD ब्रिज में, डमी वायर अनुपस्थित है। शेष दो छोरों से आउटपुट लिया जाता है, जैसा कि चित्र-3 में दिखाया गया है। लेकिन विस्तार वायर प्रतिरोध ध्यान में लेना बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि विस्तार वायरों का इम्पीडेंस तापमान पाठ्य को प्रभावित कर सकता है। यह प्रभाव तीन वायर RTD ब्रिज सर्किट में डमी वायर C को जोड़कर कम किया जाता है।

तीन वायर RTD में, अगर वायर A और B लंबाई और क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र में समान हैं, तो उनके इम्पीडेंस प्रभाव एक दूसरे को निरस्त करते हैं। डमी वायर C तब एक सेंसिंग लीड के रूप में काम करता है जो वोल्टेज ड्रॉप मापता है बिना किसी धारा को ले जाने के। इन सर्किटों में, आउटपुट वोल्टेज तापमान के सीधे आनुपातिक होता है। इसलिए, हमें तापमान खोजने के लिए एक कैलिब्रेशन समीकरण की आवश्यकता होती है।

तीन वायर RTD सर्किट के लिए व्यंजक

अगर हम VS और V_O के मान जानते हैं, तो हम Rg खोज सकते हैं और फिर हम कैलिब्रेशन समीकरण का उपयोग करके तापमान मान खोज सकते हैं। अब, R₁ = R₂ मान लें:

अगर R₃ = R_g; तो V_O = 0 और ब्रिज संतुलित होता है। यह मैन्युअल रूप से किया जा सकता है, लेकिन अगर हम मैन्युअल गणना नहीं करना चाहते, तो हम समीकरण 3 को हल करके R_g के लिए व्यंजक प्राप्त कर सकते हैं।

यह व्यंजक, जब लीड प्रतिरोध R_L = 0 हो, तो यह मानता है। मान लीजिए, अगर RL उपस्थित है, तो R_g का व्यंजक निम्नलिखित बन जाता है,

इसलिए, RTD प्रतिरोध मान में त्रुटि R_L प्रतिरोध के कारण होती है। इसलिए, हमें R_L प्रतिरोध की भरपाई करनी होती है, जैसा कि हमने पहले चर्चा की थी, डमी लाइन 'C' को जोड़कर, जैसा कि चित्र-4 में दिखाया गया है।

RTD की सीमाएँ

RTD प्रतिरोध में, उपकरण द्वारा I2R ऊर्जा विघटन होता है जो थोड़ा गर्मी प्रभाव पैदा करता है। इसे RTD में स्व-गर्मी कहा जाता है। यह गलत पाठ्य भी पैदा कर सकता है। इसलिए, RTD प्रतिरोध के माध्यम से विद्युत धारा को पर्याप्त रूप से कम और स्थिर रखना चाहिए ताकि स्व-गर्मी से बचा जा सके।