Nedir Bir Direnç Tipi Sıcaklık Algılayıcı?
Nedir Bir Direnç Tipi Sıcaklık Algılayıcı?
Direnç Tipi Sıcaklık Algılayıcı Tanımı
Bir Direnç Tipi Sıcaklık Algılayıcı (ayrıca Direnç Termometresi veya RTD olarak da bilinir) bir elektrik kablosunun direncini ölçerek sıcaklığı belirlemek için kullanılan bir elektronik cihazdır. Bu kablo bir sıcaklık sensörü olarak adlandırılır. Eğer yüksek doğrulukta sıcaklık ölçmek istiyorsak, geniş bir sıcaklık aralığında iyi doğrusal özelliklere sahip olan RTD ideal bir çözümdür. Sıcaklığı ölçmek için diğer yaygın elektronik cihazlar arasında termokupl ve termistör bulunur.
Metaldaki direnç değişimi ile sıcaklık değişimi arasındaki ilişki şu şekilde verilir,
Burada, Rt ve R0 sırasıyla toC ve t0oC sıcaklıklarındaki direnç değerleridir. α ve β metale özgü sabitlerdir.Bu ifade geniş bir sıcaklık aralığı için geçerlidir. Küçük bir sıcaklık aralığı için ifade şu şekildedir,
RTD cihazları genellikle Bakır, Nikel ve Platin gibi metaller kullanır. Her metal, sıcaklık değişimlerine karşılık benzersiz direnç değişimlerine sahiptir, bu özelliklere direnç-sıcaklık karakteristiği denir.
Platin'in sıcaklık aralığı 650oC'dir, ardından Bakır'ın 120oC ve Nikel'in 300oC olduğu görülür. Şekil-1 üç farklı metalin direnç-sıcaklık karakteristik eğrisini göstermektedir. Platin için direnci, sıcaklığın her derece Celsius başına yaklaşık 0.4 ohm değişir.
RTD'lerdeki platinin saflığı R100 / R0 oranı ile doğrulanır. Malzemedeki kirleticiler beklenen direnç-sıcaklık grafiğinden sapmalara neden olur, bu da metale özgü α ve β değerlerini etkiler.
Direnç Tipi Sıcaklık Algılayıcı veya RTD Yapısı
Yapı genellikle telin küçük bir boyuta ulaşması, tepki süresinin azaltılması ve yüksek bir ısı transfer hızının elde edilmesi için mika çapraz çerçevesinde bir bobin şeklinde sarılması şeklinde tasarlanmıştır. Endüstriyel RTD'lerde, bobin paslanmaz çelik bir kaplama veya koruyucu tüp ile korunur.
Bu sayede, telin sıcaklık değişimleriyle uzunluğunda artarken fiziksel gerilme önemsiz kalır. Eğer tel üzerindeki gerilme artarsa, gerginlik de artar. Buna bağlı olarak, telin direnci değişir, bu ise istenmez. Bu nedenle, sıcaklık değişimlerinden başka istenmeyen değişikliklerle telin direncini değiştirmek istemiyoruz.
Bu, işletmenin devam ettiği sırada RTD bakımında da faydalıdır. Mika, paslanmaz çelik kaplama ve direnç teli arasında daha iyi elektriksel yalıtım sağlamak için yerleştirilir. Direnç tellerinde daha az gerilme olması için, mika levhası üzerine dikkatli bir şekilde sarılmalıdır. Şekil-2 endüstriyel bir Direnç Tipi Sıcaklık Algılayıcının yapısal görünümünü göstermektedir.
RTD Sinyal Koşullandırma
Bu RTD'yi piyasadan alabiliriz. Ancak onu nasıl kullanacağımızı ve sinyal koşullandırma devresini nasıl oluşturacağımızı bilmemiz gerekmektedir. Böylece, uzantı kablosu hataları ve diğer kalibrasyon hataları minimize edilebilir. Bu RTD'de, direnç değeri sıcaklıkla ilgili olarak çok küçüktür.
Bir RTD'nin direnci, bir köprü devresi kullanılarak belirlenir. Burada, sabit bir elektrik akımı sağlanır ve bir dirençteki voltaj düşüşü ölçülerek sıcaklık hesaplanır. Bu sıcaklık, RTD direnç değerini kalibrasyon ifadesi kullanarak dönüştürülebilir. Aşağıdaki şekillerde farklı RTD modülleri gösterilmiştir.
İki kablo RTD Köprüsünde, sahte kablo yoktur. Çıkış, fig.3'te gösterildiği gibi kalan iki uçtan alınır. Ancak, uzantı kablosu dirençleri önemlidir, çünkü uzantı kablosu impedansı sıcaklık okumasını etkileyebilir. Bu etki, C sahte kablosu ile bağlanan üç kablo RTD köprü devresinde minimize edilir.
Üç kablo RTD'de, A ve B kabloları uzunluk ve kesit alanı bakımından aynıysa, impedans etkileri birbirini ortadan kaldırır. C sahte kablosu, akım taşımadan voltaj düşüşünü ölçmek için bir algılama kablosu olarak hizmet eder. Bu devrelerde, çıkış voltajı doğrudan sıcaklıkla orantılıdır. Bu nedenle, sıcaklığı bulmak için bir kalibrasyon denklemine ihtiyacımız vardır.
Üç Kablo RTD Devresi İfadeleri
Eğer VS ve VO değerlerini biliyorsak, Rg'yi bulabilir ve ardından kalibrasyon denklemi kullanarak sıcaklık değerini bulabiliriz. Şimdi, R1 = R2 olduğunu varsayalım:
Eğer R3 = Rg; o zaman VO = 0 ve köprü dengededir. Bu manuel olarak yapılabilir, ancak manuel hesaplama yapmak istemiyorsak, denklem 3'ü çözeriz ve Rg için ifadeyi elde ederiz.
Bu ifade, uzantı direnci RL = 0 olduğunda geçerlidir. Eğer RL varsa, Rg ifadesi şu şekildedir,
Bu nedenle, RL direnci nedeniyle RTD direnç değerinde bir hata oluşur. Bu yüzden, fig.4'te gösterildiği gibi 'C' sahte kablosunu bağlayarak RL direncini kompensasyon etmemiz gerekmektedir.
RTD'nin Sınırlamaları
RTD direncinde, cihazın kendisi tarafından I2R güç kaybı meydana gelir, bu da hafif bir ısıtma etkisi yaratır. Bu, RTD'de kendine ısıtma olarak adlandırılır. Bu, hatalı bir okuma nedeni olabilir. Bu nedenle, RTD direnci üzerinden geçen elektrik akımı, kendine ısıtmayı önlemek için yeterince düşük ve sabit tutulmalıdır.
