מגשר 저항 טמפרטורה או RTD | מבנה עקרון פעולה
מהו RTD (גלאי טמפרטורה על בסיס 저ومة)?
גלאי טמפרטורה על בסיס 저ومة (ידוע גם כתרמומטר저ום או RTD) הוא מכשיר אלקטרוני המשמש לקביעת הטמפרטורה באמצעות מדידת ה저ום של חוט חשמלי. החוט הזה מכונה חיישן טמפרטורה. אם אנו רוצים למדוד טמפרטורה בדיוק גבוה, RTD הוא הפתרון האידיאלי, בשל תכונותיו הליניאריות הטובות לאורך טווח רחב של טמפרטורות. מכשירים חשמליים נפוצים אחרים המשמשים למדידת טמפרטורה כוללים קפלניום או תרמיסטור.
השינוי ב저ום המתכת עם השינוי בטמפרטורה מתואר כך,
כאשר, Rt ו-R0 הם ערכי ה저ום בטמפרטורות toC ו-t0oC בהתאמה. α ו-β הם קבועים תלויים במתכות.
ביטוי זה מתאר טווח טמפרטורות רחב. עבור טווח טמפרטורות קטן, הביטוי יכול להיות,
במכשירי RTD; נחושת, ניקל ופלטינה הם המתכות הנפוצות ביותר. שלוש המתכות הללו מראות שונות בתנאי התייחסות לטמפרטורה. זהו מה שנקרא מאפייני 저ום-טמפרטורה.
לפלטינה יש טווח טמפרטורות של 650oC, ואילו לנחושת ולניקל יש 120oC ו-300oC בהתאמה. התמונה 1 מציגה את עקומת המאפיינים של שלוש המתכות השונות. עבור פלטינה, 저ומה משתנה בערך 0.4 אוהמים לכל מעלות צלזיוס של שינוי טמפרטורה.
הטוהר של הפלטינה נבדק על ידי מדידת R100 / R0. כי, כל החומרים שאנו משתמשים בהם לייצור RTD צריכים להיות טהורים. אם הם לא טהורים, הם יסטו מהגרף הסטנדרטי של 저ום-טמפרטורה. לכן, הערכים של α ו-β ישתנו בהתאם למתכות.
בניית גלאי טמפרטורה על בסיס 저ום או RTD
הבנייה היא בדרך כלל כזו שהחוט מתפתל על מסגרת (בצורת סליל) על מסגרת מיקה משוננת כדי להשיג גודל קטן, לשפר את מוליכות החום להפחית את זמן התגובה והופכים לתהליך מעבר חום מהיר. במכשירי RTD תעשייתיים, הסליל מוגן על ידי כיסוי אסטנレス סטיל או צינור מגן.
כך, שהמתח הפיזי הוא זניח כאשר החוט מתפשט ומגדיל את אורכו עם שינוי הטמפרטורה. אם המתח על החוט גדל, אז המתח גדל. כתוצאה מכך, 저ום החוט ישתנה, מה שהוא בלתי רצוי. לכן, אנחנו לא רוצים לשנות את 저ום החוט על ידי שינויים אחרים מלבד שינויים בטמפרטורה. זה גם שימושי לתחזוקת RTD בזמן שהמפעל פעיל. מיקה ממוקמת בין כיסוי האסטנレス סטיל לחוט 저ום לשיפור ההפרדה החשמלית. עקב מתח נמוך בחוט הזום, הוא צריך להתפתל בזהירות מעל גיליון המיקה. התמונה 2 מציגה מבט מבני על גלאי טמפרטורה תעשייתי.
תנאי אות של RTD
אנחנו יכולים להשיג RTD בשוק. אבל אנחנו חייבים לדעת את התהליך איך להשתמש בו וכיצד לבנות את מערכת התנאי של האות. כך, שגויות של חוטי מוביל וגזרות תקנון אחרות יכולות להימנע. ב-RTD זה, השינוי בערך ה저ום קטן מאוד בהשוואה לשינוי בטמפרטורה.
לכן, ערך ה-RTD מודד באמצעות מעגל גשר. על ידי אספקת זרם חשמלי קבוע למעגל הגשר ומדידת הנפילת מתח על פני הנגד, ניתן לחשב את 저ום ה-RTD. בכך, ניתן לקבוע גם את הטמפרטורה. הטמפרטורה נקבעת על ידי המרה של ערך 저ום ה-RTD באמצעות ביטוי תקנון. המודולים השונים של RTD מוצגים בתמונות להלן.
בגשר RTD דו-חוטי, חוט הדמה אינו קיים. התוצאה נלקחת מהשנייה של שני הקצוות כפי שמוצג בתמונה 3. אך ההתנגדויות של חוטי המשך חשובות מאוד להיחשב, כי העומס של חוטי המשך עשוי להשפיע על קריאת הטמפרטורה. השפעה זו מופחתת במעגל גשר RTD שלושה-חוטי על ידי חיבור חוט דמה C.
אם חוטי A וב מתאימים באופן תקין במונחים של אורך ושטח חתך, אז השפעת העומס שלהם תבטל כי כל חוט נמצא במקום מנוגד. כך, שחוט הדמה C פועל כחוט מדידה לנפילת מתח על פני נגד ה-RTD והוא לא נשא זרם. במעגלים אלה, מתח הפלט פרופורציונלי לטמפרטורה. לכן, אנחנו צריכים משוואת תקנון אחת למצוא את הטמפרטורה.
ביטויים למעגל RTD שלושה-חוטי
אם אנחנו יודעים את הערכים של VS ו-VO, אנחנו יכולים למצוא Rg ואז אנחנו יכולים למצוא את ערך הטמפרטורה באמצעות משוואת תקנון. עכשיו, נניח R1 = R2:
אם R3 = Rg; אז VO = 0 והגשר מאוזן. ניתן לעשות זאת באופן ידני, אבל אם אנחנו לא רוצים לבצע חישוב ידני, אנחנו יכולים פשוט לפתור את המשוואה 3 כדי לקבל את הביטוי עבור Rg.
ביטוי זה מניח, שכאשר ההתנגדות של המוביל RL = 0. אם RL קיים במצב מסוים, אז הביטוי של Rg נהיה,
אז, יש שגיאה בערך ה-RTD בגלל ההתנגדות RL. ולכן אנחנו צריכים לפצות את RL כמו שכבר דיברנו על ידי חיבור חוט דמה 'C' כפי שמוצג בתמונה 4.
הצגת וידאו על גלאי טמפרטורה על בסיס 저ום או RTD
