Temperaturni otpornik ili RTD | Konstrukcija i načelo rada
Što je RTD (detektor temperature otpora)?
Detektor temperature otpora (također poznat kao termometar otpora ili RTD) je elektronički uređaj koji se koristi za određivanje temperature mjerenjem otpora električnog voda. Taj vod se naziva senzor temperature. Ako želimo točno mjeriti temperaturu, RTD je idealno rješenje, jer ima dobre linearne karakteristike u širokom opsegu temperatura. Ostali često korišteni elektronički uređaji za mjerenje temperature uključuju termoparu ili termistor.
Varijacija otpora metala s varijacijom temperature dana je formulom,
gdje su Rt i R0 vrijednosti otpora na toC i t0oC temperaturama. α i β su konstante koje ovisi o metale.
Ova formula vrijedi za veliki opseg temperature. Za manji opseg temperature, izraz može biti,
U RTD uređajima; bakar, nikel i platina su široko korišteni metali. Ovi tri metala imaju različite varijacije otpora u odnosu na varijacije temperature. To se zove karakteristike otpora temperature.
Platina ima temperaturni opseg od 650oC, a bakar i nikel imaju 120oC i 300oC redom. Slika 1 prikazuje krivulju karakteristika otpora temperature za tri različita metala. Za platini, njen otpor se mijenja približno 0.4 ohma po stupnju Celzija temperature.
Čistoća platinice provjerava se mjerenjem R100 / R0. Zato što, bilo koji materijal koji zapravo koristimo za izradu RTD treba biti čist. Ako neće biti čist, odstupat će od standardne grafikone otpora temperature. Stoga će se vrijednosti α i β mijenjati ovisno o metale.
Konstrukcija detektora temperature otpora ili RTD
Konstrukcija je tipično takva da se vod namota na formu (u navoj) na okviru sa notama iz mika kako bi se postigla mala veličina, poboljšana provodljivost toplote kako bi se smanjilo vrijeme reakcije i postignut visok stopa prenosa toplote. U industrijskim RTD-ovima, navoj je zaštićen nerđajućom čelikom ili zaštitnom cevom.
Tako, fizički napon je zanemariv jer se vod proširuje i povećava duljina voda s promjenom temperature. Ako se napon na vodu povećava, onda se povećava napetost. Zbog toga, otpor voda se mijenja, što je neželjeno. Stoga ne želimo mijenjati otpor voda bilo kakvim drugim neželjenim promjenama osim promjena temperature. To je također korisno za održavanje RTD-a dok je postrojaj u operaciji. Mica je postavljena između čelične cevi i voda otpora za bolju električnu izolaciju. Zbog manjeg napona na vodu otpora, treba pažljivo namotati nad miki listom. Slika 2 prikazuje strukturni pregled industrijskog detektora temperature otpora.
Oblikovanje signala RTD
Možemo dobiti ovaj RTD na tržištu. Ali moramo znati postupak kako ga koristiti i kako oblikovati kolo za oblikovanje signala. Tako, greške voda povodnih i druge kalibracijske greške mogu se smanjiti. U ovom RTD-u, promjena vrijednosti otpora vrlo je mala u odnosu na temperaturu.
Stoga se vrijednost RTD-a mjeri koristeći mostastu vezu. Omjeranjem konstantnog električnog struja mostastoj vezi i mjerenjem rezultirajućeg padanja napona na rezistoru, može se izračunati otpor RTD-a. Time se može odrediti i temperatura. Temperatura se određuje pretvaranjem vrijednosti otpora RTD-a koristeći kalibracijski izraz. Različiti moduli RTD-a prikazani su na sljedećim slikama.
U mostastoj vezi s dva voda RTD-a, nedostaje dummy vod. Izlaz se uzima s preostalih dvije strane, kao što je prikazano na slici 3. No, otpornosti povodnih voda su vrlo važne za uzimanje u obzir, jer impedance povodnih voda može utjecati na čitanje temperature. Taj efekt smanjuje se u mostastoj vezi s tri voda RTD-a povezivanjem dummy voda C.
Ako su vodi A i B pravilno podudaraju u pogledu dužine i presjeka površine, njihovi efekti impedancije će se poništiti jer je svaki vod u suprotnom položaju. Tako, dummy vod C djeluje kao senzorski vod za mjerenje padanja napona na otporu RTD-a i ne nosi strujni tok. U tim koloima, izlazni napon je direktno proporcionalan temperaturi. Stoga nam je potreban jedan kalibracijski izraz za određivanje temperature.
Izrazi za kolo s tri voda RTD
Ako znamo vrijednosti VS i VO, možemo pronaći Rg i zatim možemo pronaći vrijednost temperature koristeći kalibracijski izraz. Pretpostavimo da je R1 = R2:
Ako je R3 = Rg; tada je VO = 0 i most je uravnotežen. To se može uraditi ručno, ali ako ne želimo raditi ručni račun, možemo samo riješiti jednadžbu 3 kako bismo dobili izraz za Rg.
Ovaj izraz pretpostavlja da je otpor povodnog voda RL = 0. Pretpostavimo da je RL prisutan u situaciji, tada se izraz za Rg postaje,
Stoga, postoji greška u vrijednosti otpora RTD-a zbog otpora RL. Zbog toga moramo kompenzirati otpor RL kao što smo već raspravili spajanjem jednog dummy voda 'C' kao što je prikazano na slici 4.
Video predstavljanje detektora temperature otpora ili RTD
