Термодатчик сопротивления или ТСР | Конструкция и принцип работы

Что такое RTD (Датчик Температуры по Сопротивлению)?

Датчик температуры по сопротивлению (также известный как термометр сопротивления или RTD) — это электронное устройство, используемое для определения температуры путем измерения сопротивления электрического провода. Этот провод называется датчиком температуры. Если мы хотим измерить температуру с высокой точностью, то RTD является идеальным решением, так как он имеет хорошие линейные характеристики в широком диапазоне температур. Другие распространенные электронные устройства, используемые для измерения температуры, включают термопару или термистор.

Изменение сопротивления металла при изменении температуры выражается следующим образом:

Где, Rt и R0 — значения сопротивления при toC и t0oC соответственно. α и β — константы, зависящие от металла.

Это выражение применимо для широкого диапазона температур. Для узкого диапазона температур выражение может быть следующим:

В устройствах RTD широко используются медь, никель и платина. Эти три металла имеют разные изменения сопротивления в зависимости от изменения температуры. Это называется характеристиками сопротивления-температуры.

Платина имеет температурный диапазон 650oC, а медь и никель — 120oC и 300oC соответственно. Рисунок 1 показывает кривую характеристик сопротивления-температуры для трех разных металлов. Для платины ее сопротивление изменяется примерно на 0,4 ома на градус Цельсия температуры.

Чистота платины проверяется путем измерения R100 / R0. Поскольку материалы, которые мы фактически используем для изготовления RTD, должны быть чистыми. Если они не будут чистыми, они отклонятся от традиционной графика сопротивления-температуры. Поэтому, значения α и β будут меняться в зависимости от металла.

Конструкция Датчика Температуры по Сопротивлению или RTD

Конструкция обычно такова, что провод наматывается на форму (в катушку) на нотченную миканитовую крестообразную раму, чтобы достичь малого размера, улучшить теплопроводность, уменьшить время реакции и обеспечить высокую скорость передачи тепла. В промышленных RTD катушка защищена нержавеющей стальной оболочкой или защитным трубчатым корпусом.

Таким образом, физическое напряжение минимально, когда провод расширяется и увеличивает свою длину с изменением температуры. Если напряжение на проводе увеличивается, то увеличивается и натяжение. Из-за этого изменяется сопротивление провода, что нежелательно. Поэтому мы не хотим, чтобы сопротивление провода изменялось из-за каких-либо других нежелательных изменений, кроме изменения температуры. Это также полезно для обслуживания RTD во время работы установки. Миканит помещается между стальной оболочкой и проводом сопротивления для лучшей электрической изоляции. Из-за малого напряжения на проводе его следует осторожно наматывать на миканитовый лист. Рисунок 2 показывает конструктивный вид промышленного датчика температуры по сопротивлению.

Обработка сигнала RTD

Мы можем купить этот RTD на рынке. Но мы должны знать процедуру, как его использовать и как создать цепь обработки сигнала, чтобы минимизировать ошибки, связанные с проводами, и другие калибровочные ошибки. В этом RTD изменение значения сопротивления очень мало относительно температуры.

Поэтому значение RTD измеряется с помощью мостовой схемы. Подавая постоянный электрический ток на мостовую схему и измеряя падение напряжения на резисторе, можно рассчитать сопротивление RTD. Таким образом, можно определить и температуру. Эта температура определяется путем преобразования значения сопротивления RTD с использованием калибровочного выражения. Различные модули RTD показаны на рисунках ниже.



В двухпроводном мостовом RTD отсутствует дополнительный провод. Выход берется с двух оставшихся концов, как показано на рисунке 3. Однако важно учитывать сопротивление подводящих проводов, так как их импеданс может влиять на чтение температуры. Этот эффект минимизируется в трехпроводном мостовом схеме RTD путем подключения дополнительного провода C.

Если провода A и B правильно согласованы по длине и площади поперечного сечения, то их импедансные эффекты компенсируются, так как каждый провод находится в противоположном положении. Таким образом, дополнительный провод C действует как чувствительный провод для измерения падения напряжения на сопротивлении RTD и не несет тока. В этих схемах выходное напряжение прямо пропорционально температуре. Поэтому нам нужно одно калибровочное уравнение, чтобы найти температуру.

Выражения для трехпроводной схемы RTD

Если мы знаем значения VS и VO, мы можем найти Rg, а затем, используя калибровочное уравнение, определить значение температуры. Теперь предположим, что R1 = R2:

Если R3 = Rg; тогда VO = 0, и мост сбалансирован. Это можно сделать вручную, но если мы не хотим выполнять ручные расчеты, мы можем просто решить уравнение 3, чтобы получить выражение для Rg.

Это выражение предполагает, что при наличии сопротивления подводящих проводов RL = 0. Предположим, если RL присутствует, то выражение для Rg становится:

Таким образом, возникает ошибка в значении сопротивления RTD из-за сопротивления RL. Именно поэтому необходимо компенсировать сопротивление R