Kaj je merilnik temperature z uporom?

Kaj je merilnik temperature z uporom?

Definicija merilnika temperature z uporom

Merilnik temperature z uporom (tudi znan kot uporni termometr ali RTD) je elektronsko napravo, ki se uporablja za določanje temperature z meritvijo upora električnega vodika. Ta vodik se imenuje temperaturni senzor. Če želimo meritve temperature z visoko natančnostjo, je RTD idealna rešitev, saj ima dobre linearno lastnosti na širokem obsegu temperatur. Druga pogosta elektronska naprava, ki se uporabljajo za merjenje temperature, sta termokopla in termistor.

Variacija upora kovinka s spremembo temperature je podana kot,

Kjer so Rt in R0 vrednosti upora pri toC in t0oC temperaturah. α in β so konstante, ki odvisne so od kovin. Ta izraz velja za velik obseg temperatur. Za majhen obseg temperatur lahko izraz postane,Ta izraz velja za velik obseg temperatur. Za majhen obseg temperatur lahko izraz postane,

Naprave RTD pogosto uporabljajo kovine, kot so Bakar, Nikel in Platina. Vsaka kovina ima unikatne spremembe upora, ki odgovarjajo spremembam temperature, znane kot karakteristike upor-temperatura.

Platina ima temperaturni obseg 650oC, Bakar in Nikel pa 120oC in 300oC, ustrezno. Slika 1 prikazuje krivuljo karakteristik upor-temperatura treh različnih kovin. Za Platinu se upor spremeni približno za 0,4 ohm na stopinjo Celzija temperature.

Čistota platine v RTD-ju je preverjena z razmerjem R100 / R0. Onesnaženost materiala povzroča odstopanja od pričakovane grafikon upor-temperatura, kar vpliva na vrednosti α in β, specifični za kovino.

Konstrukcija merilnika temperature z uporom ali RTD

Konstrukcija je tipično takšna, da je vodik ovit na formo (v čevlju) na notranji miki okvir, da se doseže majhen obseg, izboljša se toplotna prevodnost, zmanjša se čas odziva in doseže se visoka stopnja toplotnega prenosa. V industrijskih RTD-jih je čevlja zaščiten z nerjavečim jeklenim omantljem ali zaščitnim cevljem.

Tako je fizična trčenja zanemarljiva, ko se vodik širi in poveča dolžina vodika s spremembo temperature. Če se trčenje na vodiku poveča, se poveča tudi napetost. Zaradi tega se spremeni upor vodika, kar ni želeno. Zato ne želimo, da se upor vodika spremeni zaradi kakršnih koli drugih neželenih sprememb, razen sprememb temperature.

To je tudi uporabno za vzdrževanje RTD-ja, medtem ko je rastlinska nastavitev v delovanju. Mika je postavljena med nerjavajoči jeklen omantlj in uporni vodik za boljšo električno izolacijo. Zaradi manjše trčenja na upornem vodiku, ga je treba zelo skrbno oviti nad miki list. Slika 2 prikazuje strukturni pogled industrijskega merilnika temperature z uporom.

Obdelava signala RTD

RTD lahko dobimo na trgu. A moramo vedeti postopek, kako ga uporabiti in kako izgraditi obdelovalno krmilno vezavo. Tako lahko zmanjšamo napake vodnikov in druge kalibracijske napake. V tem RTD-ju je sprememba vrednosti upora zelo majhna glede na temperaturo.

Upor RTD-ja je določen z mostastim krogom, kjer je osnovni električni tok zagotovljen in merjeno padec napetosti preko upornika, da se izračuna temperatura. Ta temperatura je določena s pretvorbo vrednosti upora RTD-ja z uporabo kalibracijskega izraza. Različni moduli RTD-ja so prikazani na spodnjih slikah.

V dvožičnem mostastem krogu RTD-ja ni dummy vodika. Izlaz je vzet iz preostalih dveh koncev, kot je prikazano na sliki 3. A upornosti povezovalnih vodikov je zelo pomembno upoštevati, ker lahko njihova impedanca vpliva na meritev temperature. Ta učinek je zmanjšan v trožičnem mostastem krogu RTD-ja z pomočjo dummy vodika C.

V trožičnem RTD-ju, če so vodiki A in B enaki v dolžini in prerezu, se njuni učinki impedancije izničita. Dummy vodik C potem služi kot merilni vodik, da meri padec napetosti brez nosilca toka. V teh krogih je izhodna napetost neposredno sorazmerna s temperaturo. Torej, potrebujemo eno kalibracijsko enačbo, da bi izvedeli temperaturo.

Izrazi za trožični RTD krog

Če poznamo vrednosti VS in V_O, lahko najdemo Rg in potem lahko najdemo vrednost temperature z uporabo kalibracijske enačbe. Sedaj predpostavimo, da je R₁ = R₂:

Če je R₃ = R_g; potem je V_O = 0 in most je uravnotežen. To lahko storimo ročno, a če ne želimo ročnega računanja, lahko preprosto rešimo enačbo 3, da dobimo izraz za R_g.

Ta izraz predpostavlja, da je odpornost vodika R_L = 0. Če je RL prisoten, potem postane izraz za R_g,

Torej, obstaja napaka v vrednosti upora RTD-ja zaradi odpornosti R_L. Zato moramo kompenzirati odpornost R_L, kot smo že omenili, z pomočjo dummy vodika 'C', kot je prikazano na sliki 4.

Omejitve RTD

V uporu RTD-ja bo I2R odpuščanje moči zaradi samega naprave, kar povzroča majhen segrevanjev učinek. To se imenuje samosegrevanje v RTD-ju. To lahko tudi povzroči napačno branje. Zato mora biti električni tok skozi upor RTD-ja zadostno nizek in konstanten, da se izogne samosegrevanju.