Що таке датчик температури на основі опору?
Що таке термодетектор опору?
Визначення термодетектора опору
Термодетектор опору (також відомий як термометр опору або RTD) — це електронний пристрій, який використовується для визначення температури шляхом вимірювання опору електричного дроту. Цей дріт називається датчиком температури. Якщо ми хочемо виміряти температуру з високою точністю, RTD є ідеальним рішенням, оскільки він має добре лінійні характеристики в широкому діапазоні температур. Інші поширені електронні пристрої для вимірювання температури включають термопару або термістер.
Зміна опору металу при зміні температури задається як,
Де, Rt і R0 — це значення опору при температурах toC і t0oC. α і β — це константи, які залежать від металів. Цей вираз для широкого діапазону температур. Для невеликого діапазону температур вираз може бути таким,Цей вираз для широкого діапазону температур. Для невеликого діапазону температур вираз може бути таким,
Термодетектори опору зазвичай використовують метали, такі як Мідь, Нікель та Платина. Кожен метал має унікальні зміни опору, які відповідають змінам температури, відомі як опорово-температурні характеристики.
Платина має температурний діапазон 650°C, а Мідь і Нікель мають 120°C і 300°C відповідно. Рисунок 1 показує опорово-температурні характеристики кривих трьох різних металів. Для Платини її опір змінюється приблизно на 0,4 ома за кожну градусу Цельсія температури.
Чистота платини в RTD перевіряється за допомогою співвідношення R100 / R0. Забруднення матеріалу призводять до відхилення від очікуваної опорово-температурної графіки, що впливає на значення α і β, специфічні для металу.
Конструкція термодетектора опору або RTD
Конструкція зазвичай така, що дріт намотаний на форму (в катушку) на перфорованій мікітовій поперечній рамі, щоб досягти малого розміру, покращити теплопровідність, зменшити час відгуку та отримати високу швидкість теплообміну. У промислових RTD катушка захищена нержавіючою стальовою оболонкою або захисною трубкою.
Таким чином, фізичне напруження незначне, оскільки дріт розширюється і збільшує довжину дроту при зміні температури. Якщо напруження на дроті збільшується, то зростає напруження. Через це, опір дроту змінюється, що небажано. Тому ми не хочемо, щоб опір дроту змінювався через будь-які небажані зміни, окрім змін температури.
Це також корисно для обслуговування RTD, коли завод працює. Міка розташована між сталевою оболонкою і дротом опору для кращої електричної ізоляції. Через менше напруження в дроті опору, його потрібно аккуратно намотати на міковий лист. Рисунок 2 показує конструктивний вигляд промислового термодетектора опору.
Обробка сигналу RTD
Ми можемо придбати цей RTD на ринку. Але ми повинні знати процедуру, як його використовувати та як створити схему обробки сигналу. Так, щоб помилки провідників та інші калібрувальні помилки були зменшені. У цьому RTD зміна значення опору дуже мала відносно температури.
Опір RTD визначається за допомогою мостової схеми, де постійний електричний струм підводиться, а випадкове напругу на опору вимірюється, щоб обчислити температуру. Ця температура визначається перетворенням значення опору RTD за допомогою калібрувального виразу. Різні модулі RTD показані на нижніх рисунках.
У двопровідному мосту RTD відсутній додатковий провід. Вихід береться з двох залишених кінців, як показано на рис. 3. Але опори продовжувальних провідників дуже важливі для врахування, оскільки імпеданс продовжувальних провідників може впливати на вимірювання температури. Цей ефект зменшується в трипровідному мосту RTD за допомогою підключення додаткового провідника C.
У трипровідному RTD, якщо провідники A і B однакові за довжиною та поперечним перерізом, їхні ефекти імпедансу нейтралізують один одного. Додатковий провідник C тоді служить як датчик для вимірювання випадку напруги без проведення струму. У цих схемах вихідна напруга прямо пропорційна температурі. Тому нам потрібен один калібрувальний вираз, щоб знайти температуру.
Вирази для трипровідної схеми RTD
Якщо ми знаємо значення VS і VO, ми можемо знайти Rg, а потім можемо знайти значення температури за допомогою калібрувального виразу. Тепер, припустимо, що R1 = R2:
Якщо R3 = Rg; то VO = 0 і міст забалансований. Це можна зробити вручну, але якщо ми не хочемо робити ручний розрахунок, ми можемо просто вирішити рівняння 3, щоб отримати вираз для Rg.
Цей вираз припускає, що опір провідника RL = 0. Припустимо, якщо RL присутній, то вираз для Rg стає таким,
Отже, є помилка в значенні опору RTD через опір RL. Саме тому ми повинні компенсувати опір RL, як ми вже обговорили, підключивши додатковий провід 'C', як показано на рис. 4.
Обмеження RTD
У опору RTD буде I2R дисипація енергії самим пристроєм, що призводить до легкого нагріву. Це називається самонагріванням в RTD. Це також може призвести до хибного вимірювання. Тому електричний струм через опір RTD повинен бути достатньо низьким і постійним, щоб уникнути самонагрівання.
