Šta je detektor temperature otpornosti?

Šta je detektor temperature otpornosti?

Definicija detektora temperature otpornosti

Detektor temperature otpornosti (takođe poznat kao termometar otpornosti ili RTD) je elektronski uređaj koji se koristi za određivanje temperature merenjem otpornosti električnog voda. Ovaj vod se naziva senzor temperature. Ako želimo da merimo temperaturu sa visokom preciznošću, RTD je idealno rešenje, jer ima dobre linearno karakteristike na širokom opsegu temperatura. Ostali često korišćeni elektronski uređaji za merenje temperature uključuju termocuplu ili termistor.

Varijacija otpornosti metala u zavisnosti od varijacije temperature data je sa,

Gde su Rt i R0 vrednosti otpornosti na temperaturama toC i t0oC. α i β su konstante koje zavise od metala. Ova izraz važi za veliki opseg temperature. Za mali opseg temperature, izraz može biti,Ovaj izraz važi za veliki opseg temperature. Za mali opseg temperature, izraz može biti,

RTD uređaji često koriste metale poput bakra, nikla i platine. Svaki metal ima jedinstvene promene otpornosti koje odgovaraju promenama temperature, poznate kao karakteristike otpornost-temperatura.

Platina ima opseg temperature od 650oC, dok bakar i nikal imaju 120oC i 300oC redom. Slika 1 pokazuje karakteristike otpornost-temperatura tri različita metala. Za platinu, njena otpornost se menja približno 0,4 om-a po stepenu Celzijusove temperature.

Čistoća platine u RTD-ovima verifikuje se odnosom R100 / R0. Primese u materijalu dovode do odstupanja od očekivane grafikone otpornost-temperatura, što utiče na vrednosti α i β specifične za metal.

Konstrukcija detektora temperature otpornosti ili RTD

Konstrukcija je tipično takva da se vod savija na formu (u cevičku) na preklopljenom mika okviru kako bi se postigla mala veličina, poboljšana provodljivost toplote kako bi se smanjilo vreme odziva i dobila visoka stopa prenosa toplote. U industrijskim RTD-ovima, cevička je zaštićena nerđajućom čelikom ili zaštitnom cevom.

Tako, fizička naprezanja su zanemarljiva, jer se vod širi i povećava dužina voda sa promenom temperature. Ako se naprezanje na vodu povećava, onda se povećava i tenzija. Zbog toga, otpornost voda se menja, što je neželjeno. Stoga, ne želimo da menjamo otpornost voda bilo kakvim neželjenim promenama, osim promena temperature.

Ovo je takođe korisno za održavanje RTD-ova dok je fabrika u radu. Mika se stavlja između nerđajuće čelike cevi i otpornostnog voda radi bolje električne izolacije. Zbog manjeg naprezanja otpornostnog voda, treba ga pažljivo saviti oko mikinih listova. Slika 2 pokazuje strukturalni pregled industrijskog detektora temperature otpornosti.

Signalna uspravljanja RTD-a

Možemo pronaći ovaj RTD na tržištu. Međutim, moramo znati postupak kako ga koristiti i kako napraviti signalnu uspravljanja. Tako, greške voda i druge kalibracione greške mogu biti svedene na minimum. U ovom RTD-u, promena vrednosti otpornosti je vrlo mala u odnosu na temperaturu.

Otpornost RTD-a određuje se koristeći mostastu šemu, gde se isporučuje konstantan električni tok i meri pad napona na otporniku kako bi se izračunala temperatura. Ova temperatura se određuje pretvaranjem vrednosti otpornosti RTD-a koristeći kalibracioni izraz. Različiti moduli RTD-a prikazani su na sledećim slikama.

U dvožičnom RTD-mostu, nedostaje dummy vod. Izlaz se uzima sa preostalih dve strane, kao što je prikazano na slici 3. Međutim, otpornosti proširenih voda su veoma važne za razmatranje, jer impedansa proširenih voda može uticati na čitanje temperature. Ovaj efekat se smanjuje u trožičnom RTD-mostu vezivanjem dummy voda C.

U trožičnom RTD-u, ako su vodi A i B identični po dužini i presečnoj površini, njihovi efekti impedancije neutralizuju se. Dummy vod C tada služi kao vod za merenje pada napona bez nosenja toka. U ovim šemama, izlazni napon je direktno proporcionalan temperaturi. Stoga, potrebna nam je jedna kalibraciona jednačina da bi se pronašla temperatura.

Izrazi za trožičnu RTD šemu

Ako znamo vrednosti VS i V_O, možemo pronaći Rg i zatim možemo pronaći vrednost temperature koristeći kalibracionu jednačinu. Sada, pretpostavimo R₁ = R₂:

Ako R₃ = R_g; onda V_O = 0 i most je uravnotežen. Ovo se može uraditi ručno, ali ako ne želimo da radimo ručno računanje, možemo samo rešiti jednačinu 3 da bi dobili izraz za R_g.

Ovaj izraz pretpostavlja da je otpornost voda R_L = 0. Pretpostavimo da je RL prisutan u situaciji, tada se izraz za R_g postaje,

Stoga, postoji greška u vrednosti otpornosti RTD-a zbog otpornosti R_L. Zbog toga, potrebno je kompenzovati otpornost R_L kako smo već raspravili vezivanjem jednog dummy voda 'C' kao što je prikazano na slici 4.

Ograničenja RTD-a

U otpornosti RTD-a, doći će do I2R disipacije snage sama po sebi, što dovodi do malog grejanja. To se naziva samogrejanje u RTD-u. Ovo može dovesti do pogrešnog čitanja. Stoga, električni tok kroz otpornost RTD-a mora biti dovoljno nizak i konstantan kako bi se izbeglo samogrejanje.