Термодатчик със съпротивление или RTD | Конструкция и принцип на действие

Какво е RTD (Детектор за температура със съпротивление)?

Детектор за температура със съпротивление (също известен като термометър със съпротивление или RTD) е електронно устройство, използвано за определяне на температурата чрез измерване на съпротивлението на електрически проводник. Този проводник се нарича температурен сензор. Ако искаме да измерваме температурата с висока точност, RTD е идеалното решение, тъй като има добри линейни характеристики в широк диапазон от температури. Други общи електронни устройства, използвани за измерване на температурата, включват термоелемент или термистор.

Вариацията на съпротивлението на металът при вариацията на температурата се дава като,

Където, Rt и R0 са стойностите на съпротивлението при toC и t0oC температури. α и β са константи, които зависят от металите.

Това изразяване е за огромен диапазон от температури. За малък диапазон от температури, изразът може да бъде,

В RTD устройства; мед, никел и платина са широко използвани метали. Тези три метала имат различни вариации на съпротивлението съответно към вариациите на температурата. Това се нарича характеристики на съпротивление-температура.

Платината има диапазон на температурата от 650oC, а медта и никела имат 120oC и 300oC съответно. Фигура 1 показва кривата на характеристиките на съпротивление-температура на трите различни метала. За платината, нейното съпротивление се променя с приблизително 0.4 ома за градус Целзий на температурата.

Чистотата на платината се проверява чрез измерване на R100 / R0. Защото, каквито и материали всъщност използваме за правенето на RTD, те трябва да са чисти. Ако не са чисти, ще отклонят от стандартната графика на съпротивление-температура. Следователно, стойностите на α и β ще се променят в зависимост от металите.

Конструкция на детектор за температура със съпротивление или RTD

Конструкцията обикновено е такава, че проводникът е намотан в форма (в спирала) на фасонирана мика, за да се постигне малък размер, подобрявайки теплопроводимостта, за да се намали времето на отговор и да се получи висока скорост на прехода на топлина. В индустриалните RTD, спиралата е защитена от неръждаеща стомана или защитна тръба.

По този начин, физическото напрежение е незначително, когато проводникът се разширява и увеличава дължината си с изменението на температурата. Ако напрежението върху проводника се увеличава, то и напрежението се увеличава. В резултат на това, съпротивлението на проводника ще се промени, което е нежелателно. Затова, не искаме да се променя съпротивлението на проводника от други нежелани промени, освен от промените в температурата. Това е полезно и за поддръжката на RTD, докато заводът работи. Миката е поставена между стоманената обвивка и проводника за съпротивление за по-добро електрическо изолиране. Поради малкото напрежение в проводника, той трябва да бъде внимателно намотан върху миковия лист. Фигура 2 показва конструктивния вид на индустриален детектор за температура със съпротивление.

Сигнална обработка на RTD

Можем да получим този RTD на пазара. Но трябва да знаем процедурата как да го използваме и как да направим сигнален обработващ контур. По този начин, грешките от водещите проводници и други калибрационни грешки могат да бъдат минимизирани. В този RTD, промяната в стойността на съпротивлението е много малка спрямо температурата.

Затова, стойността на RTD се измерва, използвайки мостов контур. Чрез доставяне на постоянен електрически ток към мостовия контур и измерване на резултиращата падане на напрежението през резистора, съпротивлението на RTD може да бъде изчислена. По този начин, температурата също може да бъде определена. Тази температура се определя, като се конвертира стойността на съпротивлението на RTD, използвайки калибрационен израз. Различните модули на RTD са показани в следните фигури.



В двупроводен RTD мост, фалшивият проводник отсъства. Изходът се взема от останалите две края, както е показано на фигура 3. Но съпротивленията на удължаващите проводници са много важни да се вземат предвид, тъй като импедансът на удължаващите проводници може да повлияе на четенето на температурата. Този ефект се минимизира в трепроводен RTD мостов контур, като се свърже фалшив проводник C.

Ако проводниците A и B са съпоставени правилно по отношение на дължината и площта на сечението, тогава техните импедансни ефекти ще се компенсират, тъй като всеки проводник е в противоположна позиция. По този начин, фалшивият проводник C действа като сензорен проводник, за да се измери падането на напрежението през съпротивлението на RTD и той не носи ток. В тези контури, изходното напрежение е директно пропорционално на температурата. Затова, ни е нужен един калибрационен израз, за да намерим температурата.

Изрази за трепроводен RTD контур

Ако знаем стойностите на VS и VO, можем да намерим Rg и след това можем да намерим стойността на температурата, използвайки калибрационен израз. Сега, приемаме, че R1 = R2:

Ако R3 = Rg; тогава VO = 0 и мостът е балансиран. Това може да се направи ръчно, но ако не искаме да правим ръчни изчисления, просто можем да решим уравнение 3, за да получим израза за Rg.

Този израз предполага, че когато съпротивлението на водещите проводници R