Temperaturni otpornik ili RTD | Konstrukcija i način rada

Šta je RTD (detektor temperature otpora)?

Detektor temperature otpora (takođe poznat kao termometar otpora ili RTD) je elektronski uređaj koji se koristi za određivanje temperature merenjem otpora električnog žica. Ova žica se naziva senzor temperature. Ako želimo da merimo temperaturu sa visokom preciznošću, RTD je idealno rešenje, jer ima dobre linearne karakteristike u širokom opsegu temperatura. Ostali često korišćeni elektronski uređaji za merenje temperature uključuju termokuplu ili termistor.

Varijacija otpora metala u zavisnosti od temperature dana je sa,

Gde su Rt i R0 vrednosti otpora na toC i t0oC temperaturama. α i β su konstante koje zavise od metala.

Ovaj izraz važi za veliki opseg temperature. Za mali opseg temperature, izraz može biti,

U RTD uređajima; bakar, nikl i platina su široko korišćeni metali. Ovi tri metala imaju različite varijacije otpora u odnosu na varijacije temperature. To se naziva karakteristike otpora-temperature.

Platina ima temperaturni opseg od 650oC, a bakar i nikl imaju 120oC i 300oC redom. Slika-1 pokazuje karakterističnu krivu otpora-temperature za tri različita metala. Za platinu, njen otpor se menja približno 0.4 ohma po stepenu Celzijusa temperature.

Čistoća platine proverava se merenjem R100 / R0. Jer, materijal koji zapravo koristimo za pravljenje RTD treba da bude čist. Ako nije čist, otkloniće se od konvencionalnog grafikona otpora-temperature. Dakle, vrednosti α i β će se menjati u zavisnosti od metala.

Konstrukcija detektora temperature otpora ili RTD

Konstrukcija je tipično takva da se žica savija na formi (u obliku cevca) na notiranom mikinskom prekrivaču kako bi se postigla mala veličina, poboljšana provodljivost toplote kako bi se smanjilo vreme odgovora i dobio visok stepen prenosa toplote. U industrijskim RTD-ovima, cev je zaštićena nerđajućom čelikovom omotačem ili zaštitnom cevom.

Tako, fizički napor je zanemarljiv, jer se žica širi i povećava dužina žice sa promenom temperature. Ako se napon na žici poveća, onda se poveća i napetost. Kao posledica toga, otpor žice će se promeniti, što je neželjeno. Dakle, ne želimo da se otpor žice menja zbog neželjenih promena osim promene temperature. Ovo je takođe korisno za održavanje RTD-a dok je instalacija u funkciji. Mika je smještena između nerđajuće čelikove omotače i žice otpora za bolju električnu izolaciju. Zbog manjeg napona na žici otpora, treba pažljivo saviti preko mikinske ploče. Slika-2 prikazuje strukturni pregled industrijskog detektora temperature otpora.

Signalna obrada RTD-a

Možemo dobiti ovaj RTD na tržištu. Ali moramo znati postupak kako ga koristiti i kako napraviti signalnu obradu. Tako da, greške vodilnih žica i druge kalibracijske greške mogu biti svedene na minimum. U ovom RTD-u, promena vrednosti otpora je vrlo mala u odnosu na temperaturu.

Stoga, vrednost RTD-a mjeri se koristeći mostovski krug. Postavljajući konstantan električni tok u mostovski krug i merenjem rezultirajućeg padanja napona preko otpornika, može se izračunati otpor RTD-a. Time se može odrediti i temperatura. Ova temperatura se određuje pretvaranjem vrednosti otpora RTD-a koristeći kalibracijski izraz. Različiti moduli RTD-a prikazani su na sljedećim slikama.



U mostovskom krugu sa dve žice RTD, nedostaje dummy žica. Izlaz se uzima sa preostalih dvije kraja kao što je prikazano na slici-3. Međutim, otpornosti vodilnih žica su veoma važne za razmatranje, jer impedansa vodilnih žica može uticati na čitanje temperature. Ovaj efekat smanjuje se u mostovskom krugu sa tri žice RTD povezivanjem dummy žice C.

Ako su žice A i B dobro podudarane u pogledu dužine i površine presjeka, njihovi efekti impedanse će se poništiti jer je svaka žica u suprotnoj poziciji. Tako, dummy žica C djeluje kao senzorska vodilja za merenje padanja napona preko otpora RTD-a i ne nosi struja. U ovim krugovima, izlazni napon je direktno proporcionalan temperaturi. Stoga nam je potreban jedan kalibracijski izraz da bismo pronašli temperaturu.

Izrazi za krug sa tri žice RTD

Ako znamo vrednosti VS i VO, možemo pronaći Rg i zatim možemo pronaći vrednost temperature koristeći kalibracijski izraz. Sada, pretpostavimo da je R1 = R2:

Ako je R3 = Rg; tada je VO = 0 i most je uravnotežen. Ovo se može uraditi ručno, ali ako ne želimo da radimo ručno, možemo samo rešiti jednačinu 3 da bismo dobili izraz za Rg.

Ovaj izraz pretpostavlja da je, kada je otpor vodilne žice RL = 0. Pretpostavimo da je, ako je RL prisutan u situaciji, tada se izraz za Rg postaje,

Stoga, postoji greška u vrednosti otpora RTD-a zbog otpora RL. Zbog toga, moramo kompenzirati otpor RL kako smo već raspravili vezivanjem jedne dummy linije 'C' kao što je prikazano na slici-4.