Temperaturavstander eller RTD | Konstruksjon og arbeidsprinsipp

Hva er en RTD (Resistance Temperature Detector)?

En motstandstemperatursensor (også kjent som en motstandstermometer eller RTD) er et elektronisk enhet brukt for å bestemme temperaturen ved å måle motstanden i en elektrisk tråd. Denne tråden refereres til som en temperatursensor. Hvis vi ønsker å måle temperaturen med høy nøyaktighet, er en RTD den ideelle løsningen, da den har gode lineære egenskaper over et stort temperaturområde. Andre vanlige elektroniske enheter brukt for å måle temperatur inkluderer en termokobler eller en termistor.

Variasjonen av motstanden i metall med variasjonen av temperaturen gis som,

Der Rt og R0 er motstandsverdiene ved toC og t0oC temperaturer. α og β er konstanter som avhenger av metallene.

Denne uttrykket gjelder for et stort temperaturområde. For et lite temperaturområde, kan uttrykket være,

I RTD-enheter; Kobber, Nikkel og Platina er ofte brukte metaller. Disse tre metallene har ulike motstandsvariasjoner med hensyn til temperaturvariasjoner. Dette kalles motstandstemperatur-karakteristika.

Platina har et temperaturområde på 650oC, mens Kobber og Nikkel har 120oC og 300oC henholdsvis. Figur 1 viser motstandstemperatur-karakteristikakurven for de tre forskjellige metallene. For Platina endres motstanden med omtrent 0,4 ohm per grad Celsius i temperatur.

Renheten av platina sjekkes ved å måle R100 / R0. For, uansett hvilke materialer vi faktisk bruker for å lage RTD-en, skal de være rene. Hvis de ikke er rene, vil de avvike fra den konvensjonelle motstandstemperatur-grafen. Så, α- og β-verdiene vil endre seg avhengig av metallene.

Konstruksjon av motstandstemperatursensor eller RTD

Konstruksjonen er typisk slik at tråden er viklet på en form (i en spole) på en notskjult mika kryssramme for å oppnå liten størrelse, forbedre termisk ledningsevne for å redusere responstiden, og oppnå en høy varmetransferhastighet. I industrielle RTD-er er spolen beskyttet av en rustfri stålsluse eller en beskyttende rør.

Slik at fysisk belastning er ubetydelig når tråden utvides og øker lengden av tråden med temperaturendring. Hvis belastningen på tråden øker, øker spenningen. Derfor vil motstanden i tråden endres, noe som er uønsket. Så, vi ønsker ikke at motstanden i tråden skal endres av noen andre uønskede endringer enn temperaturendringer.
Dette er også nyttig for RTD-maintenance mens anlegget er i drift. Mika plasseres mellom stålslusen og motstandstråden for bedre elektrisk isolasjon. På grunn av mindre belastning i motstandstråden, skal den forsiktig vikles over mikalappen. Fig. 2 viser strukturen av en industriell motstandstemperatursensor.

Signalbehandling av RTD

Vi kan få denne RTD-en på markedet. Men vi må vite prosedyren for hvordan bruke den og hvordan lage signalbehandlingskretsen. Slik at, ledetrådsfeil og andre kalibreringsfeil kan minimeres. I denne RTD-en er endringen i motstandsverdien svært liten i forhold til temperaturen.

Så, RTD-verdien måles ved hjelp av en brokrets. Ved å supplere konstant elektrisk strøm til brokretsen og måle det resulterende spenningsfallet over motstanden, kan RTD-motstanden beregnes. Dermed kan temperaturen også fastsettes. Denne temperaturen fastsettes ved å konvertere RTD-motstandsverdien ved hjelp av en kalibreringsuttrykk. De forskjellige modulene av RTD vises i figurene under.



I to-tråds RTD-brokrets, er dummy-tråden fraværende. Utdata tas fra de to resterende endene som vist i fig. 3. Men impedansen av utvidingstrådene er viktig å ta hensyn til, fordi impedansen av utvidingstrådene kan påvirke temperaturmålingen. Dette effektet minimeres i tre-tråds RTD-brokretsen ved å koble en dummy-tråd C.

Hvis tråd A og B er passende matchet i forhold til lengde og tverrsnittareal, vil deres impedanseffekter kansellere hverandre fordi hver tråd er i motsatt posisjon. Slik at, dummy-tråd C fungerer som en senseled for å måle spenningsfallet over RTD-motstanden, og den bærer ingen strøm. I disse kretsene er utgangsspenningen direkte proporsjonalt med temperaturen. Så, vi trenger en kalibreringsformel for å finne temperaturen.

Uttrykk for en tre-tråds RTD-krets

Hvis vi kjenner verdiene av VS og VO, kan vi finne Rg og så kan vi finne temperaturen ved hjelp av kalibreringsformelen. Nå, anta R1 = R2:

Hvis R3 = Rg; da VO = 0 og broen er balansert. Dette kan gjøres manuelt, men hvis vi ikke ønsker å gjøre en manuell beregning, kan vi bare løse ligning 3 for å få uttrykket for Rg.

Dette uttrykket antar, når ledmotstanden RL = 0. Anta, hvis RL er til stede i en situasjon, da blir uttrykket for Rg,

Så, det er en feil i RTD-motstandsverdien på grunn av RL-motstanden. Derfor må vi kompensere for RL-motstanden som vi allerede har diskutert ved å koble en dummy-linje 'C' som vist i fig. 4.