Mikä on RTD-lämpövastuksen lämpötilan tunnistusanturi?

Resistenssilämpötilan ilmaisimet tai RTD: t voivat olla yksinkertaisia ​​lämpötila -anturityyppejä. Nämä laitteet toimivat periaatteella, että metallin vastus muuttuu lämpötilan kanssa. Puhtaalla metalleilla on yleensä positiivinen lämpötila -vastuskerroin, tarkoittaen, että niiden vastus kasvaa lämpötilan noustessa. RTD: t toimivat laajalla lämpötila -alueella -200 ° C - +850 ° C ja tarjoa suurta tarkkuutta, Erinomainen pitkäaikainen vakaus, ja toistettavuus.

MAX31865 RTD Platinum -vastuslämpötilan ilmaisin PT100 & PT1000

RTD PT100 Lämpötilalähettimen DC24V miinus 50 ~ 100 luokka

RTD PT100 -lämpötilanturin koetin uunille

Tässä artikkelissa, Keskustelemme RTD: n käytön kompromisseista, niissä käytetyt metallit, Kaksi tyyppiä RTD -tyyppejä, ja kuinka RTD: t vertaa lämpöparia.

Ennen kuin sukellamme sisään, let’s take a look at an example application diagram to better understand RTD basics.

RTD Application Diagram Example

RTDs are passive devices that do not generate an output signal on their own. Kuva 1 shows a simplified RTD application diagram.

Circuit Diagram for RTD Application Example.jpeg

Kuva 1. RTD application diagram example.

The excitation current I1 passes through the temperature-dependent resistance of the sensor. This produces a voltage signal that is proportional to the excitation current and the resistance of the RTD. The voltage across the RTD is then amplified and sent to an ADC (analog-to-digital converter) to produce a digital output code that can be used to calculate the RTD temperature.

Tradeoffs of Using RTD Sensors – Advantages and Disadvantages of RTD Sensors

Ennen kuin sukellamme sisään, On tärkeää huomata, että RTD -signaalin ilmastoinnin yksityiskohdat katetaan tulevassa artikkelissa. Tätä artikkelia varten, Haluan korostaa joitain perusvaihtoja käytettäessä RTD -piirejä.

Ensimmäinen, Huomaa, että viritysvirta on tyypillisesti rajoitettu noin 1 MA minimoida itsekämmittäviä vaikutuksia. Kun viritysvirta virtaa RTD: n läpi, Se tuottaa I2R: n tai Joule -lämmityksen. Itsimämmittäviä vaikutuksia voi nostaa anturin lämpötilan arvoihin, jotka todella mitataan ympäristön lämpötilan yläpuolella. Virhevirran vähentäminen voi vähentää itsekämmittävää vaikutusta. On myös syytä mainita, että itsekämmittävä vaikutus riippuu siitä väliaineesta, johon RTD on upotettu. Esimerkiksi, Still Airiin sijoitettu RTD voi kokea merkittäviä itsekämmittäviä vaikutuksia kuin virtaavaan veteen upotettu RTD.

Tietylle havaittavissa olevalle lämpötilan muutos, RTD -jännitteen muutoksen tulisi olla riittävän suuri järjestelmän kohinan sekä eri järjestelmäparametrien siirtymien ja ajojen voittamiseksi. Koska itse lämmitys rajoittaa viritysvirtaa, Meidän on käytettävä RTD: tä riittävän suuri vastus, siten tuottaen suuren jännitteen alavirran signaalinkäsittelylohkolle. Kun taas suuri RTD -vastus on toivottava mittausvirheiden vähentämiseksi, Emme voi mielivaltaisesti lisätä resistenssiä, koska suurempi RTD -vastus johtaa hitaampaan vasteaikaan.

RTD -metallit: Platinuksen väliset erot, Kulta, ja kupari RTDS

Teoriassa, Kaikkia metallia voidaan käyttää RTD: n rakentamiseen. Ensimmäinen CW Siemensin keksinyt RTD 1860 käytti kuparilankaa. kuitenkin, Siemens huomasi pian, että Platinum RTD: t tuottivat tarkempia tuloksia laajemmalla lämpötila -alueella.

Tänään, Platinum RTD: t ovat yleisimmin käytettyjä lämpötila -antureita tarkkuuden lämpötilan mittaamiseen. Platinumilla on lineaarinen vastus-lämpötilasuhde ja se on erittäin toistettava suurella lämpötila-alueella. Lisäksi, Platinum ei reagoi useimpien epäpuhtauskaasujen kanssa ilmassa.

Platinumin lisäksi, Kaksi muuta yleistä RTD -materiaalia ovat nikkeli ja kupari. Taulukko 1 Tarjoaa joidenkin yleisten RTD -metallien lämpötilakertoimet ja suhteellisen johtavuuden.

Korkea lämpötila PT100 Platinum -lämpövastusanturin räjähdyksenkestävä

WZP-130 231 Ruostumattomasta teräksestä valmistettu platinankestävyys PT100 -lämpötila -anturi

Lämpövastus PT100 -lämpötila -anturi laakereille

Taulukko 1. Yleisten RTD -metallien lämpötilakertoimet ja suhteellinen johtavuus. BAPI: n toimittamat tiedot

Edellisessä osassa, Keskustelimme siitä, kuinka suurempi RTD -vastus voi vähentää mittausvirheitä. Kuparilla on korkeampi johtavuus (tai vastaavasti, alhaisempi vastus) kuin platina ja nikkeli. Anturin koon ja viritysvirran kohdalla, Kupari RTD voi tuottaa suhteellisen pienen jännitteen. Siksi, Kupari RTD: t voivat olla haastavampia pienten lämpötilan muutosten mittaamiseksi. Lisäksi, Kupari hapettaa korkeammissa lämpötiloissa, Joten mittausalue on myös rajoitettu -200 kohtaan +260 °C. Näistä rajoituksista huolimatta, Kuparia käytetään edelleen joissakin sovelluksissa sen lineaarisuuden ja edullisten kustannusten vuoksi. Kuten kuvassa on esitetty 2 alla, kolmesta yleisestä RTD -metallista, copper has the most linear resistance-temperature characteristic.

Resistance vs. Temperature Characteristics of Nickel, Kupari, and Platinum RTDs.jpeg

Kuva 2. Resistance vs. temperature characteristics of nickel, kupari, and platinum RTDs. Image courtesy of TE Connectivity

Gold and silver also have relatively low resistance and are rarely used as RTD elements. Nickel has a conductivity close to that of platinum. As can be seen in Figure 2, nickel offers a change in resistance for a given change in temperature.

kuitenkin, nickel offers a lower temperature range, greater nonlinearity, and greater long-term drift than platinum. Additionally, nickel’s resistance varies from batch to batch. Because of these limitations, nickel is used primarily in low-cost applications such as consumer products.

Common platinum RTDs are Pt100 and Pt1000. Nämä nimet kuvaavat anturin rakenteessa käytetyn metallityypin (platina tai pt) ja nimellinen vastus klo 0 °C, joka on 100 Ω PT100: lle ja 1000 Ω PT100- ja PT1000 -tyypeille, vastaavasti. PT100 -tyypit olivat aikaisemmin suositumpia; kuitenkin, Nykyään suuntaus on kohti korkeampaa vastus RTD: tä, Koska korkeampi vastus tarjoaa suuremman herkkyyden ja resoluution pienellä lisäkustannuksella tai ei lainkaan. Kuparista ja nikkeliä valmistetut RTD: t käyttävät samanlaisia ​​nimeämiskäytäntöjä. Taulukko 2 Luettelee joitain yleisiä tyyppejä.

Taulukko 2. RTD -tyypit, materiaalit, ja lämpötila -alueet. Analogisten laitteiden toimittamat tiedot

Käytetyn metallityypin lisäksi, RTD: n mekaaninen rakenne vaikuttaa myös anturin suorituskykyyn. RTD: t voidaan jakaa kahteen perustyyppiin: ohutkalvo ja lanka. These two types will be discussed in the following sections.

Thin Film vs. Wirewound RTDs

To further our discussion of RTDs, let’s explore two types: ohutkalvo ja lanka.

Thin Film RTD Basics

Thin Film RTD Display Structure.jpeg

The structure of the thin film type is shown in Figure 3(a).

Kuva 3. Examples of thin film RTDs, where (a) shows the structure and (b) shows the different overall types. Image (modified) courtesy of Evosensors

In a thin film RTD, a thin layer of platinum is deposited on a ceramic substrate. This is followed by very high temperature annealing and stabilization, and a thin protective glass layer covering the entire element. The trimming area shown in Figure 3(a) is used to adjust the manufactured resistance to a specified target value.

Ohuen kalvo RTD: t luottavat suhteellisen uuteen tekniikkaan, joka vähentää merkittävästi kokoonpano- ja tuotantokustannuksia. Verrattuna lankakaulan tyyppiin, jota tutkimme perusteellisesti seuraavassa osassa, Ohuen kalvo RTD: t ovat kestävämpiä shokin tai tärinän aiheuttamille vaurioille. Additionally, ohutkalvojen RTD: t mahtuvat suuriin vastuskohteisiin suhteellisen pienellä alueella. Esimerkiksi, a 1.6 mm by 2.6 MM -anturi tarjoaa tarpeeksi aluetta vastustuskyvyn tuottamiseksi 1000 Voi. Pienen koon takia, ohutkalvo RTD: t voivat reagoida nopeasti lämpötilan muutoksiin. Nämä laitteet sopivat moniin yleiskäyttöön tarkoitettuihin sovelluksiin. Tämän tyyppiset haitat ovat suhteellisen heikko pitkäaikainen stabiilisuus ja kapea lämpötila-alue.

Wirewound RTDs

Lankalevyn RTD: n rakentaminen

Kuva 4. Yleiskatsaus peruslankaisen RTD: n rakentamisesta. Kuva PR -elektroniikan kohteliaisuus

Tämäntyyppinen RTD tehdään kääntämällä platinapituus keraamisen tai lasin ytimen ympärille. Koko elementti kapseloidaan yleensä keraamiseen tai lasiputkeen suojausta varten. Keraamisilla ytimillä varustetut RTD: t ovat sopivia erittäin korkeiden lämpötilojen mittaamiseen. Lankaveroiset RTD: t ovat yleensä tarkempia kuin ohutkalvotyypit. kuitenkin, Ne ovat kalliimpia ja värähtelyn helpommin vaurioituneita.

Minimoida Platinum -langan rasitus, Anturin rakenteessa käytetyn materiaalin lämpölaajennuskerroimen tulisi vastaamaan platinan. Identtiset lämpölaajennuskertoimet minimoivat RTD-elementin pitkäaikaisen stressin aiheuttamat resistenssimuutokset, siten parantaen anturin toistettavuutta ja vakautta.

RTD vs.. Termoelementin ominaisuudet

Kääriä tämä keskustelu RTD -lämpötila -antuneista, Tässä on lyhyt vertailu RTD- ja termoelementtien välillä.

Termoelementti tuottaa jännitteen, joka on verrannollinen sen kahden liitoksen väliseen lämpötilaeroon. Termoelementit ovat itsetoimitettuja eivätkä vaadi ulkoista viritystä, RTD-pohjaiset lämpötilamittaukset vaativat viritysvirtaa tai jännitettä. Termoelementin lähtö määrittelee lämpötilaeron kylmän ja kuumien risteysten välillä, Joten lämpöristeyksen kompensointi vaaditaan termoelementtien sovelluksissa. Toisaalta, Kylmäyhteyskorvausta ei vaadita RTD -sovelluksiin, johtaa yksinkertaisempaan mittausjärjestelmään.

Termoelementtejä käytetään tyypillisesti -184 ° C - 2300 ° C -alue, kun taas RTD: t voivat mitata -200 ° C - +850 °C. Vaikka RTD: t ovat yleensä tarkempia kuin lämpöparit, Ne ovat noin kaksi tai kolme kertaa kalliimpia kuin termoelementit. Toinen ero on, että RTD: t ovat lineaarisempia kuin lämpöparit ja niillä on erinomainen pitkäaikainen stabiilisuus. Termoelementtien kanssa, Anturimateriaalin kemialliset muutokset voivat vähentää pitkäaikaista stabiilisuutta ja aiheuttaa anturin lukemisen ajautumisen.