Что такое датчик температуры сопротивления?
Что такое термодатчик сопротивления?
Определение термодатчика сопротивления
Термодатчик сопротивления (также известный как резистивный термометр или RTD) — это электронное устройство, используемое для определения температуры путем измерения сопротивления электрического провода. Этот провод называется датчиком температуры. Если требуется измерить температуру с высокой точностью, RTD является идеальным решением, так как он обладает хорошими линейными характеристиками в широком диапазоне температур. Другие распространенные электронные устройства для измерения температуры включают термопары и терморезисторы.
Изменение сопротивления металла при изменении температуры задается следующим образом,
Где Rt и R0 — значения сопротивления при температурах toC и t0oC соответственно. α и β — константы, зависящие от металла. Это выражение применимо для широкого диапазона температур. Для узкого диапазона температур выражение может быть следующим,
В устройствах RTD обычно используются металлы, такие как медь, никель и платина. Каждый металл имеет уникальные изменения сопротивления, соответствующие изменениям температуры, известные как характеристики сопротивление-температура.
Платина имеет температурный диапазон 650°C, а медь и никель имеют диапазоны 120°C и 300°C соответственно. Рисунок 1 показывает кривые характеристик сопротивление-температура для трех различных металлов. Для платины изменение сопротивления составляет примерно 0,4 ома на градус Цельсия изменения температуры.
Чистота платины в RTD проверяется соотношением R100 / R0. Наличие примесей в материале вызывает отклонения от ожидаемой графика сопротивление-температура, что влияет на значения α и β, специфичные для данного металла.
Конструкция термодатчика сопротивления или RTD
Конструкция обычно такова, что провод наматывается на форму (в виде катушки) на рамку из слюды с насечками, чтобы достичь малого размера, улучшая теплопроводность, уменьшая время реакции и обеспечивая высокую скорость передачи тепла. В промышленных RTD катушка защищена нержавеющей стальной оболочкой или защитной трубкой.
Таким образом, физическое напряжение минимально, поскольку провод расширяется и увеличивает свою длину при изменении температуры. Если напряжение на проводе увеличивается, то возрастает и натяжение. В результате сопротивление провода изменяется, что нежелательно. Поэтому мы не хотим, чтобы сопротивление провода изменялось по каким-либо другим причинам, кроме изменения температуры.
Это также полезно для обслуживания RTD во время работы установки. Слюда размещается между стальной оболочкой и проводом сопротивления для лучшей электрической изоляции. Из-за меньшего напряжения на проводе сопротивления, его следует аккуратно наматывать на лист слюды. Рисунок 2 показывает конструктивный вид промышленного термодатчика сопротивления.
Обработка сигнала RTD
Мы можем приобрести этот RTD на рынке. Но мы должны знать процедуру его использования и как создать цепь обработки сигнала. Таким образом, можно минимизировать ошибки, связанные с проводами, и другие калибровочные ошибки. В этом RTD изменение значения сопротивления очень мало относительно температуры.
Сопротивление RTD определяется с помощью мостовой схемы, где подается постоянный электрический ток, и измеряется падение напряжения на резисторе, чтобы вычислить температуру. Эта температура определяется путем преобразования значения сопротивления RTD с использованием калибровочного выражения. Различные модули RTD показаны на рисунках ниже.
В двухпроводном мостовом RTD отсутствует дополнительный провод. Выход берется с двух оставшихся концов, как показано на рисунке 3. Однако сопротивление удлинительных проводов очень важно учитывать, так как импеданс удлинительных проводов может влиять на показания температуры. Этот эффект минимизируется в трехпроводном мостовом RTD с помощью подключения дополнительного провода C.
В трехпроводном RTD, если провода A и B одинаковы по длине и поперечному сечению, их импедансы нейтрализуют друг друга. Дополнительный провод C служит для измерения падения напряжения без прохождения через него тока. В этих схемах выходное напряжение прямо пропорционально температуре. Поэтому нам нужна одна калибровочная формула для определения температуры.
Выражения для трехпроводной схемы RTD
Если мы знаем значения VS и VO, мы можем найти Rg, а затем определить значение температуры с помощью калибровочного выражения. Теперь предположим, что R1 = R2:
Если R3 = Rg; тогда VO = 0, и мост сбалансирован. Это можно сделать вручную, но если мы не хотим выполнять ручные расчеты, мы можем просто решить уравнение 3, чтобы получить выражение для Rg.
Это выражение предполагает, что сопротивление проводников RL = 0. Предположим, если RL присутствует, то выражение для Rg становится следующим,
Таким образом, возникает ошибка в значении сопротивления RTD из-за сопротивления RL. Именно поэтому необходимо компенсировать сопротивление RL, как уже обсуждалось, подключив одну дополнительную линию 'C', как показано на рисунке 4.
Ограничения RTD
В сопротивлении RTD будет происходить рассеяние мощности I2R, вызывающее небольшой нагрев. Это называется самонагревом RTD. Это также может привести к ошибочным показаниям. Следовательно, электрический ток через сопротивление RTD должен быть достаточно низким и постоянным, чтобы избежать самонагрева.
