Vad är en motståndstemperaturensor?
Vad är en motståndstemperaturdetektor?
Definition av motståndstemperaturdetektor
En Motståndstemperaturdetektor (även känd som ett Motstånds termometer eller RTD) är en elektronisk enhet som används för att bestämma temperaturen genom att mäta motståndet i en elektrisk tråd. Denna tråd kallas för en temperatursensor. Om vi vill mäta temperaturen med hög precision är en RTD den ideala lösningen, eftersom den har bra linjära egenskaper över ett brett temperaturintervall. Andra vanliga elektroniska enheter som används för att mäta temperatur inkluderar en termokoppling eller en termistor.
Förändringen av metallens motstånd med förändringen av temperaturen ges som,
Där, Rt och R0 är motståndsvärden vid toC och t0oC temperaturer. α och β är konstanter som beror på metaller. Detta uttryck gäller för ett stort temperaturintervall. För ett litet temperaturintervall kan uttrycket vara,
RTD-enheter använder vanligtvis metaller som koppar, nickel och platin. Varje metall har unika motståndsförändringar som motsvarar temperaturvariationer, kända som motstånd-temperaturkaraktäristik.
Platin har ett temperaturintervall på 650oC, medan koppar och nickel har 120oC respektive 300oC. Figur 1 visar motstånd-temperaturkaraktäristikkurvan för de tre olika metaller. För platin ändras dess motstånd med cirka 0,4 ohm per grad Celsius av temperatur.
Renheten av platin i RTD:er verifieras genom kvoten R100 / R0. Föroreningar i materialet orsakar avvikelser från det förväntade motstånd-temperaturdiagrammet, vilket påverkar α- och β-värdena specifika för metallen.
Konstruktion av motståndstemperaturdetektor eller RTD
Konstruktionen är vanligtvis sådan att tråden viras på en form (i en spole) på en noterad mica-korsram för att uppnå liten storlek, förbättra värmeledningseffekten för att minska svarstiden och få en hög värmeöverföringshastighet. I industriella RTD:er skyddas spolen av en rostfri stålbehållare eller en skyddande rör.
Så att, den fysiska belastningen är försumbar när tråden expanderar och ökar längden på tråden med temperaturförändringen. Om belastningen på tråden ökar, ökar spänningen. Detta leder till att trådens motstånd ändras, vilket är oönskat. Så, vi vill inte ändra trådens motstånd genom några andra oönskade förändringar än temperaturförändringar.
Detta är också användbart för RTD-underhåll under drift. Mica placeras mellan stålbehållaren och motståndstråden för bättre elektrisk isolering. På grund av mindre belastning i motståndstråden bör den noggrant viras över mica-skivan. Figur 2 visar strukturen av en industriell motståndstemperaturdetektor.
Signalbehandling av RTD
Vi kan få denna RTD på marknaden. Men vi måste veta proceduren för hur man använder den och hur man skapar signalbehandlingskretsen. Så att, ledningsleds fel och andra kalibreringsfel kan minskas. I denna RTD är förändringen i motståndsvärdet mycket liten i förhållande till temperaturen.
Motståndet hos en RTD fastställs med hjälp av en brokrets, där en konstant elektrisk ström levereras och spänningsfallet över en resistor mäts för att beräkna temperaturen. Denna temperatur fastställs genom att omvandla RTD-motståndsvärdet med hjälp av en kalibreringsformel. De olika modulerna av RTD visas i nedanstående figurer.
I en tvåtråds RTD-brokrets saknas dummytråd. Utdata tas från de återstående två ändarna som visas i figur 3. Men resistansen i förlängningstrådar är mycket viktig att ta hänsyn till, eftersom impedansen i förlängningstrådarna kan påverka temperaturmätningen. Detta effekt minskas i en tretråds RTD-brokrets genom att ansluta en dummytråd C.
I en tretråds RTD neutraliserar effekterna av impedansen om trådarna A och B är identiska i längd och tvärsnittsarea. Dummytråden C fungerar sedan som en mätled för att mäta spänningsfallet utan att bära ström. I dessa kretsar är utdatapanningsproportionell mot temperaturen. Så, vi behöver en kalibreringsformel för att hitta temperaturen.
Uttryck för en tretråds RTD-krets
Om vi känner till värdena för VS och VO, kan vi hitta Rg och sedan hitta temperaturen med hjälp av kalibreringsformeln. Nu, anta R1 = R2:
Om R3 = Rg; då VO = 0 och bron är balanserad. Detta kan göras manuellt, men om vi inte vill göra en manuell beräkning, kan vi bara lösa ekvation 3 för att få uttrycket för Rg.
Detta uttryck antar, när ledningsmotståndet RL = 0. Antag, om RL finns i en situation, då blir uttrycket för Rg,
Så, det finns ett fel i RTD-motståndsvärdet på grund av RL-motståndet. Därför behöver vi kompensera RL-motståndet som vi redan diskuterat genom att ansluta en dummylinje 'C' som visas i figur 4.
Begränsningar av RTD
I RTD-motståndet kommer det att finnas en I2R-effektivitet som orsakas av enheten själv, vilket ger en lätt uppvärmningseffekt. Detta kallas för självpåverkan i RTD. Detta kan också orsaka en felaktig läsning. Därför måste elektriska strömmen genom RTD-motståndet hållas tillräckligt låg och konstant för att undvika självpåverkan.
