Детектор температури за допомогою опору або RTD | Будова та принцип роботи

Що Таке RTD (Детектор Температури за Опір)?

Детектор температури за опір (також відомий як термометр опору або RTD) — це електронний пристрій, використовуваний для визначення температури за вимірюванням опору електричного дроту. Цей дріт називається температурним сенсором. Якщо ми хочемо виміряти температуру з високою точністю, RTD є ідеальним рішенням, оскільки він має добре лінійні характеристики в широкому діапазоні температур. Інші поширені електронні пристрої для вимірювання температури включають термопару або термістр.

Зміна опору металу при зміні температури виражається так:

Де Rt та R0 — це значення опору при toC та t0oC відповідно. α та β — це константи, які залежать від металів.

Ця формула використовується для широкого діапазону температур. Для невеликого діапазону температур, вираз може бути:

У пристроях RTD широко використовуються мідь, нікель та платина. Ці три метали мають різні зміни опору відносно змін температури. Це називається характеристиками опору-температури.

Платина має діапазон температур до 650oC, а мідь та нікель мають 120oC та 300oC відповідно. Рисунок 1 показує криві характеристик опору-температури трьох різних металів. Для платини, її опір змінюється приблизно на 0.4 ома на градус Цельсія температури.

Чистоту платини перевіряють, вимірюючи R100 / R0. Оскільки матеріали, які використовуються для виготовлення RTD, повинні бути чистими. Якщо вони не чисті, вони відхиляться від традиційної графіки опору-температури. Тому, значення α та β змінюються залежно від металів.

Конструкція Детектора Температури за Опір або RTD

Конструкція зазвичай така, що дріт намотаний на формі (в катушці) на перфорованій міковій хрестовині, щоб досягти маленького розміру, покращити теплопровідність, зменшити час відгуку та отримати високу швидкість теплообміну. У промислових RTD, катушка захищена нержавіючою стальовою оболонкою або захисною трубкою.

Таким чином, фізичне напруження є незначним, коли дріт розширюється та збільшує свою довжину зі зміною температури. Якщо напруження на дроті зростає, то зростає і напруга. Через це, опір дроту змінюється, що небажано. Тому, ми не хочемо, щоб опір дроту змінювався через будь-які небажані зміни, окрім змін температури. Це також корисно для підтримки RTD, коли завод у роботі. Міка розташована між сталевою оболонкою та опорним дротом для кращої електричної ізоляції. Через менше напруження на опорному дроті, його слід обережно намотувати на міковий лист. Рисунок 2 показує структурний вигляд Промислового Детектора Температури за Опір.

Сигналова Обробка RTD

Ми можемо придбати RTD на ринку, але ми повинні знати процедуру його використання та як зробити сигнальні цепи. Таким чином, можна мінімізувати помилки проводів та інші калібрувальні помилки. У RTD, зміна значення опору дуже мала відносно температури.

Тому, значення RTD вимірюється за допомогою мостової схеми. Постачаючи постійний електричний струм до мостової схеми та вимірюючи випадкове напругу на резисторі, можна обчислити опір RTD. Тим самим, можна також визначити температуру. Ця температура визначається, перетворюючи значення опору RTD за допомогою калібрувального виразу. Різні модулі RTD показані на нижче наведених рисунках.



У двопровідному мосту RTD, відсутній додатковий провід. Вихід береться з двох кінців, як показано на рис. 3. Але важливо враховувати опір провідників, оскільки їхній імпеданс може впливати на вимірювання температури. Цей ефект мінімізується в трипровідному мосту RTD за допомогою підключення додаткового провідника C.

Якщо провідники A та B правильно підібрані за довжиною та площою поперечного перерізу, то їхні імпедансні ефекти скоротяться, оскільки кожен провідник знаходиться у протилежному положенні. Тому, додатковий провідник C діє як сенсорний провідник для вимірювання спаду напруги на опору RTD, і він не носить струму. У цих схемах, вихідна напруга прямо пропорційна температурі. Тому, нам потрібен один калібрувальний вираз, щоб знайти температуру.

Вирази для Трипровідної Схеми RTD

Якщо ми знаємо значення VS та VO, ми можемо знайти Rg і тоді ми можемо знайти значення температури, використовуючи калібрувальний вираз. Тепер, припустимо, що R1 = R2:

Якщо R3 = Rg; тоді VO = 0 і міст завершений. Це можна зробити вручну, але якщо ми не хочемо виконувати ручне обчислення, ми можемо просто вирішити рівняння 3, щоб отримати вираз для Rg.