Termoresistenza o RTD | Costruzione e principio di funzionamento

Cosa è un RTD (Rilevatore di Temperatura a Resistenza)?

Un Rilevatore di Temperatura a Resistenza (noto anche come Termometro a Resistenza o RTD) è un dispositivo elettronico utilizzato per determinare la temperatura misurando la resistenza di un filo elettrico. Questo filo viene definito sensore di temperatura. Se si desidera misurare la temperatura con alta precisione, un RTD è la soluzione ideale, in quanto presenta caratteristiche lineari buone su un ampio intervallo di temperature. Altri dispositivi elettronici comuni utilizzati per misurare la temperatura includono un termocoppia o un termistore.

La variazione della resistenza del metallo con la variazione della temperatura è data da,

Dove, Rt e R0 sono i valori di resistenza a toC e t0oC. α e β sono costanti che dipendono dai metalli.

Questa espressione è valida per un ampio intervallo di temperature. Per un piccolo intervallo di temperature, l'espressione può essere,

Nei dispositivi RTD; il rame, il nichel e il platino sono metalli ampiamente utilizzati. Questi tre metalli presentano diverse variazioni di resistenza rispetto alle variazioni di temperatura. Questo è chiamato caratteristiche resistenza-temperatura.

Il platino ha un intervallo di temperatura di 650oC, mentre il rame e il nichel hanno 120oC e 300oC rispettivamente. La figura 1 mostra la curva delle caratteristiche resistenza-temperatura dei tre diversi metalli. Per il platino, la sua resistenza cambia di circa 0,4 ohm per grado Celsius di temperatura.

La purezza del platino viene verificata misurando R100 / R0. Infatti, qualunque materiale stiamo utilizzando per realizzare l'RTD deve essere puro. Se non lo fosse, diverrebbe dalla grafica convenzionale resistenza-temperatura. Quindi, i valori di α e β cambieranno a seconda dei metalli.

Costruzione di un Rilevatore di Temperatura a Resistenza o RTD

La costruzione è tipicamente tale che il filo sia avvolto su una forma (in una spirale) su un telaio inciso di mica per ottenere una dimensione ridotta, migliorando la conduttività termica per diminuire il tempo di risposta e ottenere un alto tasso di trasferimento di calore. Negli RTD industriali, la spirale è protetta da un involucro in acciaio inossidabile o da un tubo protettivo.

In questo modo, la tensione fisica è trascurabile poiché il filo si espande e aumenta la lunghezza del filo con la variazione di temperatura. Se la tensione sul filo aumenta, allora la tensione aumenta. Di conseguenza, la resistenza del filo cambia, il che è indesiderabile. Quindi, non vogliamo che la resistenza del filo cambi a causa di qualsiasi altro cambiamento indesiderato, tranne che per le variazioni di temperatura. Questo è anche utile per la manutenzione dell'RTD durante l'operazione della pianta. La mica è posizionata tra l'involucro in acciaio e il filo di resistenza per un migliore isolamento elettrico. A causa della minore tensione nel filo di resistenza, dovrebbe essere avvolto con cura sulla lastra di mica. La fig.2 mostra la vista strutturale di un Rilevatore di Temperatura a Resistenza Industriale.

Condizionamento del Segnale dell'RTD

Possiamo trovare questo RTD sul mercato. Ma dobbiamo conoscere la procedura su come usarlo e come realizzare la circuitazione del condizionamento del segnale. In questo modo, gli errori dovuti ai cavi di collegamento e altri errori di calibrazione possono essere minimizzati. In questo RTD, la variazione del valore di resistenza è molto piccola rispetto alla temperatura.

Quindi, il valore dell'RTD viene misurato utilizzando un circuito a ponte. Fornendo una corrente elettrica costante al circuito a ponte e misurando la caduta di tensione risultante attraverso il resistore, si può calcolare la resistenza dell'RTD. Di conseguenza, si può anche determinare la temperatura. Questa temperatura viene determinata convertendo il valore di resistenza dell'RTD utilizzando un'espressione di calibrazione. I diversi moduli dell'RTD sono mostrati nelle figure sottostanti.



Nel ponte a due fili RTD, il filo fittizio è assente. L'uscita viene presa dagli altri due estremi come mostrato nella fig.3. Tuttavia, le resistenze dei cavi di estensione sono importanti da considerare, poiché l'impedenza dei cavi di estensione può influire sulla lettura della temperatura. Questo effetto viene minimizzato nel circuito a ponte a tre fili RTD collegando un filo fittizio C.

Se i cavi A e B sono abbinati correttamente in termini di lunghezza e sezione trasversale, allora i loro effetti di impedenza si annulleranno perché ogni cavo è in posizione opposta. In questo modo, il filo fittizio C agisce come un sensore per misurare la caduta di tensione attraverso la resistenza dell'RTD e non trasporta corrente. In questi circuiti, la tensione di uscita è direttamente proporzionale alla temperatura. Quindi, abbiamo bisogno di un'equazione di calibrazione per trovare la temperatura.

Espressioni per un Circuito a Tre Fil