Motstånds temperaturdetektor eller RTD | Konstruktion och arbetsprincip

Vad är en RTD (Resistansbaserad Temperaturdetektor)?

En Resistansbaserad Temperaturdetektor (även känd som en Resistansbaserad Termometer eller RTD) är en elektronisk enhet som används för att bestämma temperaturen genom att mäta resistansen i en elektrisk tråd. Denna tråd kallas för en temperatursensor. Om vi vill mäta temperaturen med hög precision, är en RTD den ideala lösningen, eftersom den har bra linjära egenskaper över ett brett temperaturområde. Andra vanliga elektroniska enheter som används för att mäta temperatur inkluderar en termokoppling eller en termistor.

Variationen av resistansen hos metallen med variationen av temperaturen ges som,

Där, Rt och R0 är resistansvärdena vid toC och t0oC temperaturer. α och β är konstanter som beror på metaller.

Detta uttryck gäller för ett stort temperaturområde. För ett litet temperaturområde kan uttrycket vara,

I RTD-enheter används koppar, nikkel och platina ofta. Dessa tre metaller har olika resistansvariationer med avseende på temperaturvariationer. Detta kallas resistans-temperaturkaraktäristik.

Platina har ett temperaturområde på 650oC, och sedan har koppar och nikkel 120oC respektive 300oC. Figur 1 visar resistans-temperaturkaraktäristikkurvan för de tre olika metallerna. För platina ändras dess resistans med cirka 0,4 ohm per grad Celsius av temperatur.

Rentheten av platina kontrolleras genom att mäta R100 / R0. Eftersom de material som faktiskt används för att tillverka RTD bör vara rena. Om de inte är rena, kommer de att avvika från den konventionella resistans-temperaturgrafen. Så, α och β värden kommer att ändras beroende på metaller.

Konstruktion av Resistansbaserad Temperaturdetektor eller RTD

Konstruktionen är typiskt sådan att tråden viras på en form (i en spole) på en noterad mica korsram för att uppnå liten storlek, förbättra termisk ledning för att minska svarstiden och få en hög värmetransfer. I industriella RTD:er skyddas spolen av en rostfri stålslagg eller ett skyddande rör.

Så att fysisk belastning är försumbar när tråden expanderar och ökar längden av tråden med temperaturförändring. Om belastningen på tråden ökar, ökar spänningen. På grund av detta kommer resistansen i tråden att ändras, vilket är oönskat. Så, vi vill inte att resistansen i tråden ska ändras av några andra oönskade förändringar än temperaturförändringar. Detta är också användbart för RTD-underhåll när anläggningen är i drift. Mica placeras mellan stålslaggen och resistansledaren för bättre elektrisk isolering. Pga mindre belastning i resistansledaren bör den försiktigt viras över mica plattan. Figur 2 visar strukturen för en industriell resistansbaserad temperaturdetektor.

Signalbehandling av RTD

Vi kan få denna RTD på marknaden. Men vi måste känna till proceduren för hur man använder den och hur man gör signalbehandlingskretsen. Så att ledfel och andra kalibreringsfel kan minskas. I denna RTD är förändringen i resistansvärdet mycket liten med avseende på temperaturen.

Så, RTD-värdet mäts genom att använda en brokrets. Genom att tillföra en konstant elektrisk ström till brokretsen och mäta den resulterande spänningen över motståndet, kan RTD-resistansen beräknas. Därefter kan temperaturen också fastställas. Denna temperatur fastställs genom att konvertera RTD-resistansvärdet med hjälp av en kalibreringsformel. De olika modulerna för RTD visas i nedanstående figurer.



I tvåtråds RTD-brokrets saknas dummytråden. Utdata tas från de återstående två ändarna som visas i figur 3. Men motståndet i ledfäderna är viktigt att ta hänsyn till, eftersom impedansen i ledfäderna kan påverka temperaturmätningen. Denna effekt minskas i tretråds RTD-brokrets genom att ansluta en dummytråd C.

Om trådar A och B matchas korrekt i termer av längd och korsavsnittsarea, kommer deras impedanseffekter att nollställas eftersom varje tråd är i motsatt position. Så att, dummytråd C fungerar som en mätled för att mäta spänningsfallet över RTD-motståndet och den bär ingen ström. I dessa kretsar är utdataspänningen direkt proportionell till temperaturen. Så, vi behöver en kalibreringsformel för att hitta temperaturen.

Uttryck för en tretråds RTD-krets

Om vi känner till värdena VS och VO, kan vi hitta Rg och sedan kan vi hitta temperaturen med hjälp av kalibreringsformeln. Nu antar vi R1 = R2:

Om R3 = Rg; då VO = 0 och bron är balanserad. Detta kan göras manuellt, men om vi inte vill göra en manuell beräkning, kan vi bara lösa ekvation 3 för att få uttrycket för Rg.

Detta uttryck antar, när ledmotståndet RL = 0. Antag att, om RL finns i en situation, då blir uttrycket för Rg,

Så, det finns ett fel i RTD-resistansvärdet pga RL-motståndet. Därför behöver vi kompensera RL-motståndet som vi redan diskuterat genom att ansluta en dummylinje 'C' som visas i figur 4.