Какво е RTD термичен резистор сензор за откриване на температура?

Детекторите за температура на съпротивлението или RTD могат да бъдат прости видове температурни сензори. Тези устройства работят на принципа, че съпротивлението на метал се променя с температура. Чистите метали обикновено имат положителна температурна коефициент на съпротивление, което означава, че тяхното съпротивление се увеличава с увеличаване на температурата. RTD работи в широк температурен диапазон от -200 ° C до +850 ° C и предлагат висока точност, Отлична дългосрочна стабилност, и повторяемост.

MAX31865 RTD Платинен устойчивост Детектор за температура PT100 & PT1000

RTD PT100 Температурен трансмитер DC24V Минус 50 ~ 100 степен

RTD PT100 Сонда за сензор за температура за фурна

В тази статия, Ще обсъдим компромиси с използването на RTD, металите, използвани в тях, двата типа RTD, и как RTDS сравняват с термодвойките.

Преди да се потопим, Нека разгледаме примерна диаграма на приложението, за да разберем по -добре RTD основите.

Пример за диаграма на приложение RTD

RTD са пасивни устройства, които не генерират изходен сигнал самостоятелно. Фигура 1 Показва опростена диаграма за приложение на RTD.

Схема на схема за пример за приложение RTD.jpeg

Фигура 1. Пример за диаграма на приложение RTD.

Токът на възбуждане I1 преминава през температурно-зависимото съпротивление на сензора. Това произвежда сигнал за напрежение, който е пропорционален на възбуждащия ток и съпротивлението на RTD. След това напрежението през RTD се усилва и изпраща в ADC (Аналогов към-цифров преобразувател) За да се произведе цифров изходен код, който може да се използва за изчисляване на температурата на RTD.

Компромиси за използване на RTD сензори - предимства и недостатъци на RTD сензорите

Преди да се потопим, Важно е да се отбележи, че подробностите за кондиционирането на сигнала на RTD ще бъдат разгледани в бъдеща статия. За тази статия, Искам да подчертая някои основни компромиси при използване на RTD вериги.

Първо, Обърнете внимание, че токът на възбуждане обикновено е ограничен до около 1 MA, за да се сведе до минимум ефектите за самогряване. Когато токът на възбуждане тече през RTD, Генерира I2R или Joule отопление. Ефектите за самогряване могат да повишат температурата на сензора до стойности над температурата на околната среда, която всъщност се измерва. Намаляването на тока на възбуждане може да намали ефекта на самогроф. Също така си струва да се спомене, че ефектът на самонагряване зависи от средата, в която RTD е потопен. например, RTD, поставен във все още въздух.

За дадена промяна на температурата за откриване, Промяната в напрежението на RTD трябва да бъде достатъчно голяма за преодоляване на системния шум, както и компенсации и отклонения на различни системни параметри. Тъй като самото загряване ограничава тока на възбуждане, Трябва да използваме RTD с достатъчно голяма съпротива, По този начин генерира голямо напрежение за блока за обработка на сигнала надолу по веригата. Докато голяма RTD съпротива е желателно да намали грешките в измерването, Не можем произволно да увеличим съпротивата, тъй като по -голямата RTD устойчивост води до по -бавно време за реакция.

RTD метали: Разлики между платина, Злато, и медни RTD

На теория, Всеки вид метал може да се използва за изграждане на RTD. Първият RTD, изобретен от CW Siemens в 1860 използва медна жица. Въпреки това, Siemens скоро откри, че платиновите RTD дават по -точни резултати в по -широк температурен диапазон.

Днес, Платиновите RTD са най -използваните температурни сензори за прецизно измерване на температурата. Platinum има линейна съпротивление-температурна връзка и е силно повтаряща се в голям температурен диапазон. Освен това, Platinum не реагира с повечето замърсители на замърсители във въздуха.

В допълнение към платина, Два други често срещани RTD материала са никел и мед. Таблица 1 Осигурява температурните коефициенти и относителната проводимост на някои общи RTD метали.

Високо температура PT100 Платинен сензор за термично съпротивление, устойчив на експлозия

WZP-130 231 Неръждаема стомана платинена устойчивост PT100 температурен сензор

Термичен резистор PT100 температурен сензор за лагери

Таблица 1. Температурни коефициенти и относителна проводимост на общи RTD метали. Данни, предоставени от BAPI

В предишния раздел, Обсъдихме как по -голямото съпротивление на RTD може да намали грешките в измерването. Медта има по -висока проводимост (или еквивалентно, по -ниска съпротива) отколкото платина и никел. За даден размер на сензора и ток на възбуждане, Медният RTD може да произведе сравнително малко напрежение. Следователно, Медните RTD могат да бъдат по -предизвикателни за измерване на малки температурни промени. Освен това, Медта окислява при по -високи температури, Така че диапазонът на измерване също е ограничен до -200 към +260 °C. Въпреки тези ограничения, Медта все още се използва в някои приложения поради своята линейност и ниска цена. Както е показано на фигура 2 отдолу, от трите общи RTD метала, Медта има най-линейната характеристика на съпротивлението-температура.

Съпротива срещу. Температурни характеристики на никел, Мед, и Platinum rtds.jpeg

Фигура 2. Съпротива срещу. Температурни характеристики на никел, мед, и Platinum RTD. С любезното съдействие на TE свързаност

Златото и среброто също имат сравнително ниска устойчивост и рядко се използват като RTD елементи. Никелът има проводимост, близка до тази на платина. Както се вижда от фигура 2, Никелът предлага промяна в съпротивлението за дадена промяна в температурата.

Въпреки това, Никелът предлага по -нисък температурен диапазон, по -голяма нелинейност, и по-голям дългосрочен дрейф от платината. Освен това, Съпротивлението на никел варира от партида до партида. Поради тези ограничения, Никелът се използва предимно в приложения с ниски цени като потребителски продукти.

Обикновените платинени RTD са PT100 и PT1000. Тези имена описват типа метал, използван в конструкцията на сензора (Платина или Pt) и номиналната съпротива при 0 °C, което е 100 Ω за PT100 и 1000 Ω за вида PT100 и PT1000, съответно. PT100 видовете бяха по -популярни в миналото; обаче, Днес тенденцията е към RTD с по -висока устойчивост, Тъй като по -високата устойчивост осигурява по -голяма чувствителност и разделителна способност при малко или никакви допълнителни разходи. RTD, направени от мед и никел, използват подобни конвенции за именуване. Таблица 2 изброява някои общи типове.

Таблица 2. RTD типове, материали, и температурни диапазони. Данни, предоставени от аналогови устройства

В допълнение към вида на използвания метал, Механичната структура на RTD също влияе върху работата на сензора. RTD могат да бъдат разделени на два основни типа: тънък филм и жила. Тези два типа ще бъдат разгледани в следващите раздели.

Тънък филм срещу. Wirewound RTDS

За да се подобри нашето обсъждане на RTD, Нека разгледаме два вида: тънък филм и жила.

RTD основи на тънките филми

Тънка филмова RTD дисплейна структура.jpeg

Структурата на типа тънък филм е показана на фигура 3(а).

Фигура 3. Примери за тънки филми RTD, Къде (а) показва структурата и (b) показва различните общи видове. Изображение (модифициран) С любезното съдействие на евосензорите

В тънък филм RTD, Тънък слой платина се отлага върху керамичен субстрат. Това е последвано от много високо температурно отгряване и стабилизация, и тънък защитен стъклен слой, покриващ целия елемент. Зоната за подрязване, показана на фигура 3(а) се използва за регулиране на произведената съпротивление към определена целева стойност.

Тънкият филм RTD разчита на сравнително нова технология, която значително намалява времето за сглобяване и производствените разходи. В сравнение с типа Wirewound, които ще изследваме в дълбочина в следващия раздел, Тънките филми RTD са по -устойчиви на увреждане от шок или вибрация. Освен това, Тънко-филтните RTD могат да поберат големи съпротивления в сравнително малка площ. например, а 1.6 mm от 2.6 mm сензор осигурява достатъчно площ за получаване на съпротивление на 1000 о. Поради техния малък размер, Тънко-филтните RTD могат бързо да реагират на температурните промени. Тези устройства са подходящи за много приложения с общо предназначение. Недостатъците от този тип са сравнително лоша дългосрочна стабилност и тесен температурен диапазон.

Wirewound RTDS

Изграждане на Wirewound RTD

Фигура 4. Преглед на изграждането на основен Wirewound RTD. С любезното съдействие на PR Electronics

Този тип RTD се прави чрез навиване на дължина на платина около керамична или стъклена сърцевина. Целият елемент обикновено се капсулира в керамична или стъклена тръба за целите на защитата. RTD с керамични ядра са подходящи за измерване на много високи температури. Wirewound RTD обикновено са по-точни от типовете тънкости. Въпреки това, Те са по -скъпи и по -лесно повредени от вибрации.

За да се сведе до минимум всяко напрежение върху платината, Коефициентът на термично разширяване на материала, използван в конструкцията на сензора, трябва да съответства на този на платината. Идентични коефициенти на термично разширяване минимизират промените в устойчивостта, причинени от дългосрочен стрес в RTD елемента, По този начин подобряване на повторяемостта и стабилността на сензора.

Rtd срещу. Свойства на термодвойката

За да приключите този разговор за температурните сензори за RTD, Ето кратко сравнение между сензорите за RTD и термодвойката.

Термодвойката произвежда напрежение, което е пропорционално на температурната разлика между двата му кръстовища. Термодвойките са самостоятелни и не изискват външно възбуждане, като има предвид, че RTD-базирани температурни измервания изискват възбуждащ ток или напрежение. Изходът на термодвойката указва разликата в температурата между студените и горещите кръстовища, така че е необходимо компенсация на студен кръстовище в приложенията на термодвойката. От друга страна, Компенсацията на студения възел не се изисква за приложения за RTD, което води до по -проста система за измерване.

Термодвойки обикновено се използват в -184 ° C до 2300 ° C обхват, Докато RTD могат да се измерват от -200 ° C до +850 °C. Въпреки че RTD обикновено са по -точни от термодвойките, Те са приблизително два до три пъти по -скъпи от термодвойките. Друга разлика е, че RTD са по-линейни от термодвойките и проявяват превъзходна дългосрочна стабилност. С термодвойки, Химическите промени в сензорния материал могат да намалят дългосрочната стабилност и да причинят отчитане на сензора да се движи.