Pembangun dan Prinsip Kerja Detektor Suhu Rintangan atau RTD
Apakah RTD (Pengesan Suhu Rintangan)?
Pengesan Suhu Rintangan (juga dikenali sebagai Termometer Rintangan atau RTD) adalah peranti elektronik yang digunakan untuk menentukan suhu dengan mengukur rintangan kabel elektrik. Kabel ini dirujuk sebagai sensor suhu. Jika kita ingin mengukur suhu dengan ketepatan tinggi, RTD adalah penyelesaian ideal, kerana ia mempunyai ciri-ciri linear yang baik dalam julat suhu yang luas. Peranti elektronik biasa lain yang digunakan untuk mengukur suhu termasuk termokopel atau termistor.
Variasi rintangan logam dengan variasi suhu diberikan sebagai,
Di mana, Rt dan R0 adalah nilai rintangan pada toC dan t0oC. α dan β adalah pemalar bergantung pada logam.
Ungkapan ini adalah untuk julat suhu yang besar. Untuk julat suhu yang kecil, ungkapan boleh menjadi,
Dalam peranti RTD; Tembaga, Nikel, dan Platina adalah logam yang banyak digunakan. Tiga logam ini mempunyai variasi rintangan yang berbeza berkenaan dengan variasi suhu. Ini dipanggil ciri-ciri rintangan-suhu.
Platina mempunyai julat suhu 650oC, dan kemudian Tembaga dan Nikel masing-masing 120oC dan 300oC. Gambar 1 menunjukkan graf ciri-ciri rintangan-suhu tiga logam yang berbeza. Untuk Platina, rintangannya berubah sekitar 0.4 ohm setiap darjah Celsius suhu.
Kesucian platina diperiksa dengan mengukur R100 / R0. Kerana, bahan apa pun yang sebenarnya kita gunakan untuk membuat RTD harus bersih. Jika tidak bersih, ia akan menyimpang dari graf rintangan-suhu konvensional. Oleh itu, nilai α dan β akan berubah bergantung pada logam.
Pembinaan Pengesan Suhu Rintangan atau RTD
Pembinaan biasanya sedemikian sehingga wayar diputer pada bentuk (dalam gulungan) pada rangka silika bertatahkan untuk mencapai saiz kecil, meningkatkan pengkonduksian haba untuk mengurangkan masa respons dan kadar pemindahan haba yang tinggi diperoleh. Dalam RTD industri, gulungan dilindungi oleh selubung baja tahan karat atau tabung pelindung.
Oleh itu, tegangan fizikal adalah tidak signifikan apabila wayar berkembang dan panjang wayar bertambah dengan perubahan suhu. Jika tegangan pada wayar bertambah, maka ketegangan juga bertambah. Akibatnya, rintangan wayar akan berubah yang tidak diingini. Jadi, kita tidak mahu mengubah rintangan wayar dengan perubahan tidak diingini selain perubahan suhu. Ini juga berguna untuk pemeliharaan RTD semasa tanaman beroperasi. Silika diletakkan di antara selubung baja dan wayar rintangan untuk pengasingan elektrik yang lebih baik. Karena kurangnya tegangan pada wayar rintangan, ia harus diputer dengan hati-hati di atas lembaran silika. Gambar 2 menunjukkan pandangan struktur Pengesan Suhu Rintangan Industri.
Penyediaan Isyarat RTD
Kita boleh mendapatkan RTD ini di pasaran. Tetapi kita harus tahu prosedur bagaimana untuk menggunakannya dan bagaimana membuat litar penyediaan isyarat. Dengan itu, kesilapan wayar utama dan kesilapan kalibrasi lain dapat diminimumkan. Dalam RTD ini, perubahan nilai rintangan sangat kecil berbanding dengan suhu.
Oleh itu, nilai RTD diukur dengan menggunakan litar jambatan. Dengan bekalan arus elektrik yang tetap kepada litar jambatan dan mengukur jatuh voltan merentasi resistor, rintangan RTD boleh dikira. Dengan itu, suhu juga boleh ditentukan. Suhu ini ditentukan dengan menukar nilai rintangan RTD menggunakan ungkapan kalibrasi. Modul-modul RTD yang berbeza ditunjukkan dalam gambar-gambar di bawah.
Dalam Jambatan RTD dua wayar, wayar tiruan tidak wujud. Output diambil dari dua hujung yang tinggal seperti yang ditunjukkan dalam gambar 3. Tetapi rintangan wayar ekstensi sangat penting untuk dipertimbangkan, kerana impedans wayar ekstensi mungkin mempengaruhi pembacaan suhu. Efek ini diminimumkan dalam litar jambatan RTD tiga wayar dengan menghubungkan wayar C tiruan.
Jika wayar A dan B dipadankan dengan betul dari segi panjang dan luas keratan rentas, maka kesan impedans mereka akan saling menghapuskan kerana setiap wayar berada dalam kedudukan yang bertentangan. Oleh itu, wayar C tiruan bertindak sebagai wayar pengesan untuk mengukur jatuh voltan merentasi rintangan RTD dan ia tidak membawa arus. Dalam litar-litar ini, voltan output secara langsung berkadar dengan suhu. Jadi, kita memerlukan satu persamaan kalibrasi untuk mencari suhu.
Ungkapan untuk Litar RTD Tiga Wayar
Jika kita tahu nilai VS dan VO, kita boleh mencari Rg dan kemudian kita boleh mencari nilai suhu menggunakan persamaan kalibrasi. Sekarang, andaikan R1 = R2:
Jika R3 = Rg; maka VO = 0 dan jambatan seimbang. Ini boleh dilakukan secara manual, tetapi jika kita tidak mahu melakukan pengiraan manual, kita hanya boleh menyelesaikan persamaan 3 untuk mendapatkan ungkapan Rg.
Ungkapan ini mengandaikan, apabila rintangan wayar RL = 0. Misalkan, jika RL ada dalam situasi, maka ungkapan Rg menjadi,
Oleh itu, terdapat kesilapan dalam nilai rintangan RTD disebabkan oleh rintangan RL. Itulah sebabnya kita perlu mengimbangi rintangan RL seperti yang telah dibincangkan dengan menghubungkan satu wayar 'C' tiruan seperti yang ditunjukkan dalam gambar 4.
