Hőmérséklet-ellenállásos érzékelő vagy RTD | Építés és működési elv

Mi az RTD (Ellenállás-Hőmérséklet Detektor)?

Az Ellenállás-Hőmérséklet Detektor (más néven Ellenállás Hőmérő vagy RTD) egy elektronikus eszköz, amely a hőmérséklet meghatározására szolgál az elektromos vezeték ellenállásának mérésével. Ez a vezeték hőmérséklet érzékelőnek számít. Ha nagy pontosságú hőmérséklet-mérésre van szükség, az RTD ideális megoldás, mivel széles hőmérsékleti tartományban jól lineáris jellemzőkkel rendelkezik. Más gyakori hőmérséklet-mérő eszközök a termopár és a termiszztor.

A fémdrót ellenállásának változása a hőmérséklet változásával:

Ahol, Rt és R0 az ellenállás értékei toC és t0oC hőmérsékleteknél. α és β konstansok, amelyek függnek a használt fémek típusától.

Ez a kifejezés nagy hőmérsékleti tartományra vonatkozik. Kisebb hőmérsékleti tartomány esetén a kifejezés a következő lehet:

Az RTD eszközökben széles körben használt fémek a réz, a nikkel és a platina. Ezek a három fém különböző ellenállás-változást mutatnak a hőmérséklet-változásokhoz képest. Ezt nevezik ellenállás-hőmérséklet karakterisztikának.

A platina hőmérsékleti tartománya 650oC, míg a réz és a nikkel 120oC és 300oC. Az ábra-1 a három különböző fém ellenállás-hőmérséklet karakterisztikáját mutatja. A platina esetében az ellenállása körülbelül 0,4 ohmos fokonként változik.

A platina tisztaságának ellenőrzése R100 / R0 mérése alapján történik. Mivel bármilyen anyagot is használunk az RTD készítéséhez, tiszta kell lennie. Ha nem tiszta, eltér a hagyományos ellenállás-hőmérséklet grafikonról. Így, az α és β értékek változnak a használt fémek szerint.

Az Ellenállás-Hőmérséklet Detektor (RTD) szerkezete

A szerkezet tipikusan úgy alakul, hogy a drót egy keret (csavarként) mica keretbe van bevonva, hogy kis méretet és jobb hővezetést érjen el, csökkentve a válaszidőt és növelve a hőátadást. Az ipari RTD-k esetén a csavarvasütő acél burkolattal vagy védelmi rövidre van ellátva.

Így, a fizikai feszültség elhanyagolható, ahogy a drót hőmérséklet-változással hosszabbodik. Ha a feszültség a drón növekszik, akkor a feszültség is. Ennek következtében a drót ellenállása változik, ami indesíthető. Tehát, nem szeretnénk, hogy a drót ellenállása bármilyen más indokból változzon, csak a hőmérséklet-változás miatt. Ez hasznos az RTD karbantartásához, amikor a telep üzemben van. A mica az acél burkolat és a ellenállásdrót között található, hogy jobb elektrikai izolációt biztosítson. A kevés feszültség miatt a ellenállásdrót óvatosan kerül a mica lapra. Az ábra-2 egy ipari Ellenállás-Hőmérséklet Detektor szerkezeti nézetét mutatja.

Az RTD jelelméleti kialakítása

Ezt az RTD-t a piactól beszerezhetjük. De tudnunk kell, hogyan használjuk, és hogyan készítsünk hozzá jelelméleti kialakítást. Így minimálthatjuk a vezetékhiba és más kalibrációs hibákat. Az RTD-ben az ellenállás értékének változása nagyon kicsi a hőmérséklettel szemben.

Tehát, az RTD értékét híd áramkörrel mérjük. Állandó elektromos áram beszúrásával a hídáramkörbe, és a kapott feszültség legesés mérésével az ellenállásdrót ellenállása kiszámítható. Így, a hőmérséklet is meghatározható. A hőmérséklet meghatározása az RTD ellenállásértékének kalibrációs kifejezéssel történik. Az RTD különböző moduljai a következő ábrákban láthatók.



A két vezetékes RTD hídáramkörben a dummy vezeték nincs. A kimenet a maradék két végpontból származik, ahogy az ábra-3 mutatja. De a vezeték ellenállásai nagyon fontosak, mert a vezeték impezdancia hatással lehet a hőmérséklet olvasására. Ez a hatás a három vezetékes RTD hídáramkörben minimalizálódik a 'C' dummy vezeték összekötésével.

Ha az 'A' és 'B' vezetékek megfelelően párosítva vannak hossz és keretszélesség tekintetében, akkor impedanciájuk hatásai kiejtik egymást, mivel minden vezeték ellentétes pozícióban van. Így, a 'C' dummy vezeték mérővezetékként működik, hogy az ellenállásdrót ellenállásán lévő feszültség legesést mérje, és semmilyen áramot nem visz. Ezekben az áramkörökben a kimeneti feszültség arányos a hőmérséklettel. Így, egy kalibrációs kifejezésre van szükségünk a hőmérséklet meghatározásához.

Három vezetékes RTD áramkör kifejezései

Ha ismerjük a VS és VO értékeit, akkor kiszámíthatjuk az Rg-t, majd a kalibrációs kifejezés segítségével meghatározhatjuk a hőmérséklet értékét. Most tegyük fel, hogy R1 = R2:

Ha R3 = Rg; akkor VO = 0, és a híd egyensúlyban van. Ez kézzel tehető meg, de ha nem akarunk kézzel számolni, akkor megoldhatjuk az 3. egyenletet, hogy megkapjuk az Rg kifejezését.

Ez a kifejezés azt feltételezi, hogy a vezeték ellenállása RL = 0. Ha RL jelen van, akkor az Rg kifejezése a következő lesz:

Tehát, az RTD ellen