Detector sa Temperatura nga Resistance o RTD | Pagbuhat ug Prinsipyo sa Paggamit
Ano ang RTD (Resistance Temperature Detector)?
Ang Resistance Temperature Detector (kilala rin bilang Resistance Thermometer o RTD) ay isang elektronikong aparato na ginagamit para matukoy ang temperatura sa pamamagitan ng pagsukat ng resistance ng isang electrical wire. Ang wire na ito ay tinatawag na temperature sensor. Kung nais nating sukatin ang temperatura nang may mataas na katumpakan, ang RTD ang ideyal na solusyon, dahil ito ay may mabuting linear characteristics sa malawak na saklaw ng temperatura. Iba pang karaniwang elektronikong aparato na ginagamit para sukatin ang temperatura kasama ang thermocouple o thermistor.
Ang pagbabago ng resistance ng metal sa pagbabago ng temperatura ay ibinibigay bilang,
Kung saan, Rt at R0 ang mga resistance values sa toC at t0oC temperatures. α at β ang mga constants na depende sa mga metals.
Ang expression na ito ay para sa malaking saklaw ng temperatura. Para sa maliit na saklaw ng temperatura, ang expression ay maaaring,
Sa mga aparato ng RTD; Copper, Nickel, at Platinum ang mga malawakang ginagamit na metals. Ang tatlong metals na ito ay may iba't ibang resistance variations sa kakaiba ng temperatura. Ito ang tinatawag na resistance-temperature characteristics.
Ang Platinum ay may temperatura range na 650oC, at ang Copper at Nickel ay may 120oC at 300oC, respectively. Ang figure-1 ay nagpapakita ng resistance-temperature characteristics curve ng tatlong iba't ibang metals. Para sa Platinum, ang resistance nito ay nagbabago ng humigit-kumulang 0.4 ohms bawat degree Celsius ng temperatura.
Ang purity ng platinum ay sinusuri sa pamamagitan ng pagsukat ng R100 / R0. Dahil, anuman ang materyales na ginagamit natin para gawing RTD, dapat ito ay puro. Kung hindi ito puro, ito ay magbabago mula sa conventional resistance-temperature graph. Kaya, ang α at β values ay magbabago depende sa mga metals.
Construction of Resistance Temperature Detector or RTD
Ang construction ay tipikal na ganyan na ang wire ay inililitaw sa form (sa coil) sa notched mica cross frame upang makamit ang maliit na laki, pag-improve sa thermal conductivity upang bawasan ang response time at mataas na rate ng heat transfer. Sa industriyal na RTD’s, ang coil ay pinoprotektahan ng stainless steel sheath o protective tube.
Kaya, ang physical strain ay negligible habang ang wire ay lumalaki at tumataas ang length ng wire sa pagbabago ng temperatura. Kung ang strain sa wire ay tumataas, ang tension ay lumalaki. Dahil dito, ang resistance ng wire ay magbabago na hindi ito nais. Kaya, hindi namin nais na magbago ang resistance ng wire dahil sa ibang unwanted changes maliban sa pagbabago ng temperatura. Ito rin ay useful para sa maintenance ng RTD habang ang planta ay nasa operasyon. Ang mica ay inilagay sa pagitan ng steel sheath at resistance wire para sa mas mahusay na electrical insulation. Dahil sa kaunti lang ang strain sa resistance wire, ito ay dapat na maingat na ililitaw sa mica sheet. Ang fig.2 ay nagpapakita ng structural view ng isang Industrial Resistance Temperature Detector.
Signal Conditioning of RTD
Maaari nating makuhang ito ang RTD sa merkado. Ngunit kailangan nating malaman ang proseso kung paano gamitin ito at kung paano gawin ang signal conditioning circuitry. Upang mabawasan ang lead wire errors at iba pang calibration errors. Sa RTD na ito, ang pagbabago sa resistance value ay napakaliit sa kakaiba ng temperatura.
Kaya, ang RTD value ay sinukat gamit ang bridge circuit. Sa pamamagitan ng pagbibigay ng constant electric current sa bridge circuit at pagsukat ng resulting voltage drop sa resistor, maaaring makalkula ang RTD resistance. Sa pamamagitan nito, maaari ring matukoy ang temperatura. Ang temperatura ay matutukoy sa pamamagitan ng pag-convert ng RTD resistance value gamit ang calibration expression. Ang iba't ibang modules ng RTD ay ipinapakita sa mga figures sa ibaba.
Sa two wires RTD Bridge, ang dummy wire ay wala. Ang output ay kinukuha mula sa natitirang dalawang dulo tulad ng ipinapakita sa fig.3. Ngunit ang extension wire resistances ay napakahalaga na isaalang-alang, dahil ang impedance ng extension wires maaaring makaapekto sa temperature reading. Ito ay mininimize sa three wires RTD bridge circuit sa pamamagitan ng pagkonekta ng dummy wire C.
Kung ang wires A at B ay naka-match nang maayos sa termino ng length at cross section area, ang kanilang impedance effects ay kanselahin dahil bawat wire ay nasa opposite position. Kaya, ang dummy wire C ay gumagana bilang sense lead para sukatin ang voltage drop sa RTD resistance at ito ay walang current. Sa mga circuits na ito, ang output voltage ay direktang proportional sa temperatura. Kaya, kailangan natin ng isang calibration equation para makahanap ng temperatura.
Expressions for a Three Wires RTD Circuit
Kung alam natin ang values ng VS at VO, maaari nating makahanap ang Rg at pagkatapos, maaari nating makahanap ang temperatura value gamit ang calibration equation. Ngayon, assume R1 = R2:
Kung R3 = Rg; then VO = 0 at balanced ang bridge. Ito ay maaari gawin manually, pero kung ayaw nating gumawa ng manual calculation, maaari lamang nating lutasin ang equation 3 upang makakuha ng expression para sa Rg.
Ang expression na ito assumes, kapag ang lead resistance RL = 0. Supposing, kung present ang RL sa isang sitwasyon, ang expression ng Rg ay naging,
Kaya, may error sa RTD resistance value dahil sa RL resistance. Dahil dito, kailangan nating compensated ang RL resistance tulad ng napagusapan na sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang dummy line ‘C’ tulad ng ipinapakita sa fig.4.
