Toplinska uporovna detektorja ali RTD | Sestava in delovanje principa

Kaj je RTD (merilnik temperature z uporom)?

Merilnik temperature z uporom (tudi znan kot uporni termometr ali RTD) je elektronsko napravo, ki se uporablja za določevanje temperature z meritvijo upora električnega voda. Ta vod se imenuje senzor temperature. Če želimo izmeriti temperaturo z visoko natančnostjo, je RTD idealna rešitev, saj ima dobre linearno lastnosti na širokem obsegu temperatur. Druga pogosta elektronska naprava za merjenje temperature sta termokopla ali termistor.

Variacija upora kovina glede na variacijo temperature je podana s formulo,

Kjer so Rt in R0 vrednosti upora pri toC in t0oC temperaturah. α in β so konstanti, odvisni od kovin.

Ta izraz velja za velik obseg temperatur. Za majhen obseg temperatur lahko izraz postane,

V napravah RTD se pogosto uporabljajo bakar, nikl in platina. Te tri kovine imajo različne variacije upora glede na variacije temperature. To se imenuje značilnosti upora glede na temperaturo.

Platina ima temperaturni obseg 650oC, bakar in nikl pa 120oC in 300oC. Slika 1 prikazuje krivuljo značilnosti upora glede na temperaturo za te tri različne kovine. Za platino se upor spremeni približno za 0,4 ohma na stopinjo Celzija temperature.

Čistota platin se preveri z meritvijo R100 / R0. Ker morajo materiali, ki jih uporabljamo za izdelavo RTD, biti čisti, če niso čisti, se odklonijo od konvencionalne grafikon značilnosti upora glede na temperaturo. Torej, vrednosti α in β se spremenijo glede na kovine.

Izgradnja merilnika temperature z uporom ali RTD

Izgradnja je tipično takšna, da je vod navijen v spiralni obliki na okvir iz miki, da se doseže majhna velikost, izboljša se toplinska prevodnost, zmanjša se odzivni čas in doseže se visoka stopnja prenosa toplote. V industrijskih RTD je spirala zaščitena z nerjavečim jeklenim omantkom ali zaščitnim cevom.

Tako je fizična obremenitev zanemarljiva, ko se vod razteže in poveča dolžina voda s spreminjanjem temperature. Če se obremenitev voda poveča, se poveča tudi napetost. Zaradi tega se spremeni upor voda, kar je neželeno. Zato ne želimo, da se upor voda spremeni zaradi kakršnih koli drugih neželenih sprememb, razen sprememb temperature. To je tudi uporabno za vzdrževanje RTD, medtem ko je postaja v delovanju. Mika je postavljena med nerjaveči jeklen omantek in uporni vod za boljšo električno izolacijo. Zaradi manjše obremenitve upornega voda ga je treba zelo skrbno naviti na list mike. Slika 2 prikazuje strukturni pogled industrijskega merilnika temperature z uporom.

Obdelava signala RTD

RTD lahko dobimo na trgu. Ampak moramo vedeti postopek, kako ga uporabljati in kako izgraditi obdelovalno vez za signal. Tako lahko zmanjšamo napake vodov in druge kalibracijske napake. V tem RTD je sprememba vrednosti upora zelo majhna glede na temperaturo.

Zato se vrednost RTD meri z uporabo mostne vezave. Z oskrbovanjem konstantnega električnega toka mostne vezavi in meritvijo nastale napetosti padca na uporu, se lahko izračuna upor RTD. Tako se lahko določi tudi temperatura. Temperatura se določi z pretvorbo vrednosti upora RTD z uporabo kalibracijskega izraza. Različni moduli RTD so prikazani na spodnjih slikah.



V mostni vezavi z dvema vodoma RTD je dummy vod odsoten. Izida se vzame iz preostalih dveh koncev, kot je prikazano na sliki 3. Vendar je zelo pomembno upoštevati upornosti vodov, ker bi lahko njihova impedanca vplivala na branje temperature. Ta učinek se zmanjša v mostni vezavi z tremi vodi RTD z pomočjo dummy voda C.

Če sta voda A in B pravilno poravnana glede na dolžino in prečni prerez, se njun učinek impedancije izniči, ker je vsak vod v nasprotni legi. Tako dummy vod C deluje kot čutnik, ki meri padec napetosti na uporu RTD in ne nosi toka. V teh vezavah je izhodna napetost neposredno sorazmerna s temperaturo. Torej potrebujemo en kalibracijski izraz, da bi izvedeli temperaturo.

Izrazi za vezavo z tremi vodi RTD

Če poznamo vrednosti VS in VO, lahko izračunamo Rg in nato lahko izračunamo vrednost temperature z uporabo kalibracijskega izraza. Sedaj predpostavimo, da je R1 = R2:

Če je R3 = Rg; potem je VO = 0 in most je uravnotežen. To lahko storimo ročno, ampak če ne želimo ročno računanje, lahko preprosto rešimo enačbo 3, da dobimo izraz za Rg.

Ta izraz predpostavlja, da je odpornost voda RL = 0. Če je RL prisoten, potem postane izraz za Rg:

Torej je v vrednosti upora RTD napaka zaradi odpornosti RL. Zato moramo kompensirati odpornost RL, kot smo že razpravili, z pomočjo dummy voda 'C', kot je prikazano na sliki 4.