Vastuslämpömittari tai RTD | Rakenne ja toimintaperiaate

Mikä on RTD (vastuslämpömittari)?

Vastuslämpömittari (tunnetaan myös nimellä vastusthermometri tai RTD) on sähköinen laite, jota käytetään lämpötilan määrittämiseen mittamalla sähkökabelin vastusta. Tätä kabelia kutsutaan lämpötilantunnisteeksi. Jos haluamme mitata lämpötilaa suurella tarkkuudella, RTD on ideaali ratkaisu, sillä sillä on hyvät lineaariset ominaisuudet laajassa lämpötilavälissä. Muut yleiset elektroniset laitteet, joita käytetään lämpötilan mittaamiseen, ovat termopari ja termistori.

Metallin vastuksen muutos lämpötilan muutoksen mukaan annetaan seuraavasti,

Jossa, Rt ja R0 ovat vastusarvot toC ja t0oC lämpötiloissa. α ja β ovat vakioita, jotka riippuvat metallista.

Tämä ilmaisu on laajalle lämpötilavälille. Pienelle lämpötilavälille ilmaisu voi olla,

RTD-laitteissa käytetään laajalti kuparia, nikkelia ja platinaa. Nämä kolme metallia ovat erilaisilla vastuslämpöominaisuuksilla. Tätä kutsutaan vastuslämpöominaisuudeksi.

Platinalta on lämpötilaväli 650oC, kun taas kuparin ja nikkelin lämpötilaväli on 120oC ja 300oC. Kuva 1 näyttää kolmen eri metallin vastuslämpöominaisuuden käyrän. Platinalle vastus muuttuu noin 0,4 ohmia per Celsius-aste.

Platinan puhtaus tarkistetaan mittamalla R100 / R0. Koska materiaaleja, joita käytetään itse asiassa RTD:n valmistukseen, pitäisi olla puhtaita. Jos ne eivät ole puhtaita, ne poikkeavat perinteisestä vastuslämpögraafista. Siksi α ja β arvot muuttuvat metallin mukaan.

Vastuslämpömittarin (RTD) rakennus

Rakennus on tyypillisesti sellainen, että kabeli on pyöritetty niveltynä mikalankuviolla saavuttaakseen pieni koko, parantaakseen lämpöjohtavuutta vähentääkseen vasta-aikaa ja saavuttaakseen korkean lämpönsiirron. Teollisuuden RTD-laitteissa kytkentä on suojattu rostevahvistettulla kuorilla tai suojakuorilla.

Siten fysikaalinen rasitus on huomiotta, kun kaapeli laajenee ja kasvaa pituudeltaan lämpötilan muutoksen myötä. Kun rasitus kasvaa, jännitys kasvaa. Tämän vuoksi kaapelin vastus muuttuu, mikä on ei-toivottua. Emme halua, että kaapelin vastus muuttuu muun kuin lämpötilan muutoksen vuoksi. Tämä on myös hyödyllistä RTD:n huollossa, kun tehdas on toiminnassa. Mika sijoitetaan teräsvahvisteen ja vastuskaapelin välille paremmaksi sähköisoloinniksi. Vastaan kaapelin pieni rasitus, sen pitäisi olla huolellisesti pyöritetty mikalankuville. Kuva 2 näyttää teollisen vastuslämpömittarin rakennusrakenteen.

RTD:n signaalikäsittely

Voimme ostaa tämän RTD:n markkinoilta. Mutta meidän täytyy tietää, miten sitä käytetään ja miten signaalikäsittelyjärjestelmä tehdään. Siten voimme minimoida johtokaapelia virheet ja muut kalibrointivirheet. Tässä RTD:ssä vastusarvon muutos lämpötilan suhteen on hyvin pieni.

RTD:n arvo mittautetaan silmukkakäyttöön. Toimittamalla vakio sähkövirta silmukkakäyttöön ja mittamalla tuloksena oleva jännite pudotus vastuksen kautta, RTD:n vastus voidaan laskea. Niin myös lämpötila voidaan määrittää. Tämä lämpötila määritetään muuntamalla RTD:n vastusarvo kalibrointilausekkeen avulla. Erilaiset RTD-moduulit näkyvät alla olevissa kuvissa.



Kahden kaapelin RTD-silmukassa dummy-kaapelia ei ole. Ulostulo otetaan kahdesta muusta päästä kuten kuvassa 3. Mutta johtokaaplien vastusarvot ovat tärkeitä ottaa huomioon, koska johtokaaplien impedanssi voi vaikuttaa lämpötilan lukemaan. Tämän vaikutuksen vähennetään kolmen kaapelin RTD-silmukassa yhdistämällä dummy-kaapeli C.

Jos kaapelit A ja B sopivat hyvin pituuden ja leikkauksen suhteen, niiden impedanssin vaikutukset kumoutuvat, koska jokainen kaapeli on vastakkaisessa asemassa. Niinpä dummy-kaapeli C toimii sensaattori johtona mittamaan jännitepudotusta RTD:n vastuksen kautta ja se ei kuljettanut sähkövirtaa. Näissä piireissä ulostulojännite on suoraan verrannollinen lämpötilaan. Joten tarvitsemme yhden kalibrointilausekkeen lämpötilan löytämiseksi.

Kolmen kaapelin RTD-piiriä koskevat lausekkeet

Jos tiedämme VS ja VO arvot, voimme löytää Rg ja sitten voimme löytää lämpötilan arvon kalibrointilausekkeen avulla. Oletetaan, että R1 = R2:

Jos R3 = Rg; sitten VO = 0 ja silmukka on tasapainossa. Tämä voidaan tehdä manuaalisesti, mutta jos emme halua tehdä manuaalista laskutoimitusta, voimme vain ratkaista yhtälön 3 saadaksemme lausekkeen Rg.

Tämä lauseke olettaa, että johtoresistanssi RL = 0. Oletetaan, että RL on tilanteessa, sitten Rg lauseke muuttuu:

Joten, on virhe RTD:n vastusarvossa RL vastuksen vuoksi. Siksi meidän täytyy kompensoida R