RTD:tä ja termoparit | Avainterot ja sovellukset

RTD:t ja termoparit: Avainta lämpötilanmittareita

Vastuslämpötilamittimet (RTD:t) ja termoparit ovat kaksi perustyyppistä lämpötilanmittaria. Vaikka molemmat suorittavat pääasiallisen tehtävänsä eli lämpötilan mittaamisen, niiden toimintaperiaatteet eroavat merkittävästi.

RTD:n toiminta perustuu siihen, että yhden metallin elementin sähköinen vastus muuttuu ennustettavasti lämpötilan muutoksen mukaan. Toisaalta termopari toimii Seebeck-efektin perusteella, jossa erilaisilla metalleilla on liitoskohta, jossa syntyy jännite (sähkömotorinen voima, EMF), joka vastaa lämpötilaeroa.

Nämä kaksi mittaria lisäksi yleisiä lämpötilanmittareita ovat lämpötilaregulaattorit ja termistoreit. Yleisesti ottaen lämpötilanmittarit toimivat havaitsemalla fyysisiä muutoksia, kuten vastuksen tai jännitteen, jotka liittyvät järjestelmän lämpöenergiaan. Esimerkiksi RTD:ssä vastuksen muutos heijastaa lämpötilamuutosta, kun taas termoparissa EMF:n muutos osoittaa lämpötilan siirtymää.

Alla tarkastelemme RTD:tä ja termoparia koskevia keskeisiä eroja, jotka ulottuvat niiden perustoiminnallisten periaatteiden yläpuolelle.

RTD:n määritelmä

RTD tarkoittaa Vastuslämpötilamittimea. Se määrittää lämpötilan mitaten metallisen mittaelementin sähköistä vastusta. Kun lämpötila nousee, metallin säteen vastus kasvaa; päinvastoin se laskee, kun lämpötila laskee. Tämä ennustettava vastus-lämpötilasuhteellisuus mahdollistaa tarkan lämpötilan mittaamisen.

RTD:n rakentamiseen käytetään tyypillisesti metallien, joiden vastus-lämpötilakäyrät on hyvin tunnistettu. Yleisiä materiaaleja ovat kupari, nikeli ja platina. Platinaa käytetään laajasti sen erinomaiseen vakautteensa ja lineaarisuuteensa laajalla lämpötilavälillä (yleensä -200°C – 600°C). Nikeli, vaikka edullisempi, näyttää epälineaarista käyttäytymistä yli 300°C, mikä rajoittaa sen käyttöä.

Termoparin määritelmä

Termopari on termoelektrinen anturi, joka tuottaa jännitteen lämpötilaeron vastauksena Seebeck-efektin kautta. Se koostuu kahdesta erilaisesta metallista säteenestä, jotka on yhdistetty toisessa päässä (mittausyhteys). Kun tämä yhteys altistetaan lämpölle, syntyvä jännite on verrannollinen mittaussytteen ja viiteyhteyden (kylmän yhteyden) väliseen lämpötilaeroon.

Eri metalliyhdistelmät tuottavat eri lämpötilaväljyksiä ja ulostulo-ominaisuuksia. Yleisiä tyyppejä ovat:

• Tyyppi J (Rauta-Konstantaan)

• Tyyppi K (Kromel-Alumel)

• Tyyppi E (Kromel-Konstantaan)

• Tyyppi B (Platina-Roodium)

Nämä standardoitu tyypit mahdollistavat termopareille laajan toimintavälin, yleensä -200°C yli 2000°C, mikä tekee niistä sopivia korkealämpötilaympäristöihin. Termopareja kutsutaan myös termoelektrisiksi lämpömittareiksi.

RTD:n ja termoparin keskeiset erot

Yhteenveto

Molemmilla RTD:llä ja termopareilla on omat etunsa ja rajansa, mikä tekee niistä soveltuvia erilaisiin sovelluksiin. RTD:t ovat suosittuja silloin, kun tarkkuus, vakaus ja toistettavuus ovat olennaisia, kuten laboratorioissa ja teollisessa prosessivalvonnassa. Termoparit soveltuvat parhaiten sovelluksiin, joissa tarvitaan laaja lämpötilaväli, nopea reaktioaika ja kustannustehokkuus, erityisesti korkealämpötilaympäristöissä. Valinta kummankin välillä riippuu lopulta sovelluksen tiettyjen vaatimusten, kuten lämpötilavälin, tarkkuuden, reaktioajan ja budjetin, mukaan.