مُحَسِّس المُقاوَمَة الحرارية أو RTD | بناء ومبادئ العمل

ما هو محدد درجة الحرارة المقاوم (RTD)؟

محدد درجة الحرارة المقاوم (المعروف أيضًا باسم مقاومة الحرارة أو RTD) هو جهاز إلكتروني يستخدم لتحديد درجة الحرارة عن طريق قياس مقاومة سلك كهربائي. يشار إلى هذا السلك بأنه مستشعر درجة الحرارة. إذا أردنا قياس درجة الحرارة بدقة عالية، فإن RTD هو الحل الأمثل، لأنه يتمتع بخصائص خطية جيدة على مدى واسع من درجات الحرارة. تشمل الأجهزة الإلكترونية الشائعة الأخرى المستخدمة لقياس درجة الحرارة الزوج الحراري أو التيرميستور.

يتم إعطاء تغير مقاومة المعدن مع تغير درجة الحرارة كما يلي:

حيث، Rt و R0 هما قيم المقاومة عند t0°C و t0°C. α و β هما الثوابت تعتمد على المعادن.

هذه المعادلة تنطبق على نطاق كبير من درجات الحرارة. بالنسبة لنطاق صغير من درجات الحرارة، يمكن أن تكون المعادلة كالتالي:

في أجهزة RTD، يتم استخدام النحاس والنيكل والبلاتين بشكل واسع. هذه المعادن الثلاثة لها تغيرات مختلفة في المقاومة بالنسبة لتغيرات درجة الحرارة. وهذا ما يسمى بخصائص المقاومة والحرارة.

للبلاتين نطاق حراري يصل إلى 650 درجة مئوية، بينما للنحاس والنيكل 120 درجة مئوية و300 درجة مئوية على التوالي. تظهر الرسم البياني 1 خصائص المقاومة والحرارة للألمعيات الثلاثة. بالنسبة للبلاتين، تتغير مقاومته بمقدار حوالي 0.4 أوم لكل درجة مئوية من درجة الحرارة.

يتم فحص نقاء البلاتين عن طريق قياس R100 / R0. لأن المواد التي نستخدمها لصنع RTD يجب أن تكون نقية. إذا لم تكن نقية، ستكون بعيدة عن الرسم البياني التقليدي للمقاومة والحرارة. لذلك، ستتغير قيم α و β اعتمادًا على المعادن.

بناء محدد درجة الحرارة المقاوم أو RTD

عادةً ما يكون البناء بحيث يتم لف السلك على شكل (بشكل ملفوف) على إطار ميكا مقطوع للحصول على حجم صغير، مما يحسن التوصيل الحراري ويقلل من وقت الاستجابة ويحصل على معدل عالٍ من نقل الحرارة. في RTD الصناعي، يتم حماية الملف بواسطة غلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ أو أنبوب وقائي.

وبذلك، يكون الإجهاد الجسدي ضئيلًا حيث يتوسع السلك ويزداد طول السلك مع تغير درجة الحرارة. إذا زاد الإجهاد على السلك، سيزداد التوتر. بسبب ذلك، ستتغير مقاومة السلك وهو أمر غير مرغوب فيه. لذلك، لا نريد تغيير مقاومة السلك بأي تغييرات غير مرغوب فيها باستثناء تغير درجة الحرارة. هذا مفيد أيضًا لصيانة RTD أثناء تشغيل المصنع. يتم وضع الميكا بين الغلاف الفولاذي وسلك المقاومة للتوصيل الكهربائي الأفضل. بسبب الإجهاد القليل في سلك المقاومة، يجب لفه بعناية فوق ورقة الميكا. يظهر الرسم البياني 2 العرض الهيكلي لمحدد درجة الحرارة المقاوم الصناعي.

تجهيز الإشارة لـ RTD

يمكن الحصول على RTD هذا في السوق. لكن يجب أن نعرف الإجراء لكيفية استخدامه وكيفية إعداد دارات تجهيز الإشارة. وبالتالي، يمكن تقليل أخطاء الأسلاك المرتبطة وأخطاء المعايرة الأخرى. في RTD، يكون تغير قيمة المقاومة صغيرًا جدًا بالنسبة لتغير درجة الحرارة.

لذا، يتم قياس قيمة RTD باستخدام دائرة جسر. عن طريق تزويد دائرة الجسر بتيار كهربائي ثابت وقياس الانخفاض في الجهد عبر المقاومة، يمكن حساب مقاومة RTD. وبذلك، يمكن تحديد درجة الحرارة أيضًا. يتم تحديد هذه الحرارة عن طريق تحويل قيمة مقاومة RTD باستخدام معادلة معايرة. تظهر الوحدات المختلفة لـ RTD في الرسوم البيانية أدناه.



في دائرة الجسر RTD ثنائية الأسلاك، يكون السلك الوهمي غائبًا. يتم أخذ الإخراج من نهايتي السلكين المتبقتين كما هو موضح في الشكل 3. ولكن من المهم اعتبار مقاومة أسلاك التمديد، لأن مقاومة أسلاك التمديد قد تؤثر على قراءة درجة الحرارة. يتم تقليل هذا التأثير في دائرة الجسر RTD ثلاثية الأسلاك بتوصيل سلك وهمي C.

إذا تم تطابق الأسلاك A و B بشكل صحيح من حيث الطول ومقطع المساحة، فسيتم إلغاء تأثيرات مقاومتها لأن كل سلك في وضع معاكس. لذلك، يعمل السلك الوهمي C كموصل حساس لقياس انخفاض الجهد عبر مقاومة RTD ولا يحمل أي تيار. في هذه الدوائر، يكون الجهد الخرجي متناسبًا مباشرة مع درجة الحرارة. لذا، نحتاج إلى معادلة معايرة لإيجاد درجة الحرارة.

معادلات لدائرة RTD ثلاثية الأسلاك

إذا علمنا قيم VS وVO، يمكننا إيجاد Rg ثم يمكننا إيجاد قيمة درجة الحرارة باستخدام معادلة المعايرة. الآن، فلنفترض أن R1 = R2:

إذا كان R3 = Rg؛ فسوف يكون VO = 0 وسيكون الجسر متوازنًا. يمكن القيام بذلك يدويًا، ولكن إذا لم نرغب في القيام بالحساب اليدوي، يمكننا فقط حل المعادلة 3 للحصول على المعادلة الخاصة بـ Rg.

هذه المعادلة تفترض أنه عندما تكون مقاومة التوصيل RL = 0. إذا كانت RL موجودة في حالة معينة، فتصبح معادلة Rg كالتالي:

لذلك، هناك خطأ في قيمة مقاومة RTD بسبب مقاومة RL. لهذا السبب، نحتاج إلى تعويض مقاومة RL كما ناقشنا سابقًا بتوصيل سلك وهمي 'C' كما هو موضح في الشكل 4.

عرض فيديو حول محدد درجة الحرارة المقاوم أو RTD

قيود RTD

في مقاومة RTD، سيكون هناك استهلاك طاقة I2R من الجهاز نفسه مما يسبب تأثير تسخين طفيف. يُطلق على هذا التأثير التسخين الذاتي في RTD. قد يتسبب هذا أيضًا في قراءة خاطئة. لذا، يجب أن يكون التيار الكهربائي عبر مقاومة RTD منخفضًا وثابتًا بما يكفي لتجنب التسخين الذاتي.

بيان: احترام الأصلي، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل للحذف.