RTD Termal Direnç Sıcaklık Algılama Sensörü Nedir??

Direnç sıcaklık dedektörleri veya RTD'ler basit sıcaklık sensörleri olabilir. Bu cihazlar, bir metalin direncinin sıcaklıkla değiştiği prensibi üzerinde çalışır. Saf metaller genellikle pozitif bir sıcaklık katsayısına sahiptir., yani sıcaklık arttıkça dirençlerinin arttığı. RTD'ler geniş bir sıcaklık aralığında çalışır -200 ° C ila +850 ° C ve yüksek doğruluk sunuyor, Mükemmel uzun süreli istikrar, ve tekrarlanabilirlik.

Max31865 RTD Platin Direnç Sıcaklık Dedektörü PT100 & PT1000

RTD PT100 Sıcaklık Verici DC24V Eksi 50 ~ 100 seviye

Fırın için RTD PT100 Sıcaklık Sensörü Probu

Bu makalede, RTDS kullanmanın ödünleşimlerini tartışacağız, İçlerinde kullanılan metaller, İki tür RTD, ve RTD'ler termokupllarla nasıl karşılaştırılır?.

Dalmadan önce, RTD temel bilgilerini daha iyi anlamak için bir örnek uygulama diyagramına bir göz atalım.

RTD Uygulama Şeması Örneği

RTD'ler, kendi başlarına bir çıkış sinyali üretmeyen pasif cihazlardır. Figür 1 Basitleştirilmiş bir RTD uygulama diyagramı gösterir.

RTD uygulama örneği için devre şeması.

Figür 1. RTD Uygulama Şeması Örneği.

Uyarma akımı i1, sensörün sıcaklığa bağlı direncinden geçer. Bu, uyarma akımı ve RTD'nin direnci ile orantılı bir voltaj sinyali üretir. RTD'deki voltaj daha sonra amplifiye edilir ve bir ADC'ye gönderilir (analog-dijital dönüştürücü) RTD sıcaklığını hesaplamak için kullanılabilecek bir dijital çıkış kodu üretmek için.

RTD sensörlerini kullanmanın ödünleşmeleri - RTD sensörlerinin avantajları ve dezavantajları

Dalmadan önce, RTD sinyal koşullandırmasının ayrıntılarının gelecekteki bir makalede ele alınacağını belirtmek önemlidir.. Bu makale için, RTD devrelerini kullanırken bazı temel ödemeleri vurgulamak istiyorum.

Birinci, Uyarma akımının tipik olarak etrafında sınırlı olduğunu unutmayın. 1 MA, kendi kendine ısıtma etkilerini en aza indirmek için. Uyarma akımı RTD'den akarken, I2R veya Joule ısıtma üretir. Kendi kendine ısıtma efektleri, sensör sıcaklığını, aslında ölçülen ortam sıcaklığının üzerindeki değerlere yükseltebilir. Uyarma akımının azaltılması, kendi kendine ısıtma etkisini azaltabilir. Ayrıca, kendi kendine ısınan etkinin RTD'nin daldırıldığı ortama bağlı olduğunu da belirtmek gerekir.. Örneğin, Stop Air'e yerleştirilen bir RTD, akan suya daldırılmış bir RTD'den daha önemli kendi kendine ısıtma etkileri yaşayabilir..

Belirli bir tespit edilebilir sıcaklık değişimi için, RTD voltajındaki değişiklik, sistem gürültüsünün yanı sıra farklı sistem parametrelerinin ofsetlerinin ve kaymalarının üstesinden gelebilecek kadar büyük olmalıdır.. Kendinden ısıtma uyarma akımını sınırladığından, Yeterince büyük bir dirence sahip bir RTD kullanmamız gerekiyor, böylece akış aşağı sinyal işleme bloğu için büyük bir voltaj üretme. Ölçüm hatalarını azaltmak için büyük bir RTD direnci arzu edilirken, Daha büyük bir RTD direnci daha yavaş tepki süresine neden olduğu için direnci keyfi olarak artıramayız.

RTD Metaller: Platin arasındaki farklılıklar, Altın, ve bakır RTD'ler

Teoride, Bir RTD oluşturmak için her türlü metal kullanılabilir. CW Siemens tarafından icat edilen ilk RTD 1860 Bakır tel kullandı. Fakat, Siemens kısa süre sonra Platinum RTD'lerin daha geniş bir sıcaklık aralığında daha doğru sonuçlar verdiğini keşfetti.

Bugün, Platinum RTD'ler, hassas sıcaklık ölçümü için en yaygın kullanılan sıcaklık sensörleridir. Platinum, doğrusal bir direnç-sıcaklık ilişkisine sahiptir ve büyük bir sıcaklık aralığında oldukça tekrarlanabilir. Ek olarak, Platinum havadaki çoğu kirletici gazla reaksiyona girmez.

Platin'e ek olarak, Diğer iki yaygın RTD malzemesi nikel ve bakırdır. Masa 1 Bazı yaygın RTD metallerinin sıcaklık katsayılarını ve göreceli iletkenliğini sağlar.

Yüksek Temp PT100 Platin Termal Direnç Sensörü Patlamaya Mühhür

WZP-130 231 Paslanmaz Çelik Platin Direnci PT100 Sıcaklık Sensörü

Termal Direnç PT100 Rulmanlar için Sıcaklık Sensörü

Masa 1. Sıcaklık katsayıları ve yaygın RTD metallerinin göreceli iletkenliği. BAPI tarafından sağlanan veriler

Önceki bölümde, Daha büyük RTD direncinin ölçüm hatalarını nasıl azaltabileceğini tartıştık. Bakır daha yüksek bir iletkenliğe sahiptir (veya eşdeğer, daha düşük direnç) platin ve nikel. Belirli bir sensör boyutu ve uyarma akımı için, Bakır RTD, nispeten küçük bir voltaj üretebilir. Öyleyse, Bakır RTD'ler küçük sıcaklık değişikliklerini ölçmek için daha zor olabilir. Ek olarak, Bakır daha yüksek sıcaklıklarda oksitlenir, Dolayısıyla ölçüm aralığı da sınırlıdır. -200 ile +260 °C. Bu sınırlamalara rağmen, Bakır, doğrusallığı ve düşük maliyeti nedeniyle bazı uygulamalarda hala kullanılmaktadır.. Şekilde gösterildiği gibi 2 altında, Üç yaygın RTD metalden, Bakır en doğrusal direnç-sıcaklık özelliğine sahiptir.

Direnç Vs. Nikelin sıcaklık özellikleri, Bakır, ve platin rtds.jpeg

Figür 2. Direnç Vs. Nikelin sıcaklık özellikleri, bakır, ve platin rtds. TE bağlantısının izniyle resim

Altın ve gümüş de nispeten düşük dirence sahiptir ve nadiren RTD elemanları olarak kullanılır. Nikel platinkine yakın bir iletkenliğe sahiptir. Şekilde görülebileceği gibi 2, Nikel, belirli bir sıcaklık değişikliği için dirençte bir değişiklik sunar.

Fakat, Nikel daha düşük bir sıcaklık aralığı sunar, daha büyük doğrusal olmama, ve platinden daha uzun süreli sapma. Ek olarak, Nikelin direnci partiden toplu olarak değişir. Bu sınırlamalar nedeniyle, Nikel öncelikle tüketici ürünleri gibi düşük maliyetli uygulamalarda kullanılır.

Ortak platin RTD'ler PT100 ve PT1000'dir. Bu isimler, sensörün yapısında kullanılan metal türünü tanımlar (Platin veya PT) ve nominal direnç 0 °C, hangisi 100 PT100 için ω ve 1000 PT100 ve PT1000 tipleri için ω, sırasıyla. PT100 tipleri geçmişte daha popülerdi; Yine de, Bugün eğilim daha yüksek dirençli RTD'lere doğru, Daha yüksek direnç, ek maliyetle veya hiç ek maliyetle daha fazla duyarlılık ve çözünürlük sağladığından. Bakır ve nikelden yapılan RTD'ler benzer adlandırma kuralları kullanır. Masa 2 Bazı ortak türleri listeler.

Masa 2. RTD Türleri, malzeme, ve sıcaklık aralıkları. Analog cihazlar tarafından sağlanan veriler

Kullanılan metal türüne ek olarak, RTD'nin mekanik yapısı sensör performansını da etkiler. RTD'ler iki temel türe ayrılabilir: İnce film ve tel.. Bu iki tür aşağıdaki bölümlerde tartışılacaktır.

İnce Film Vs. Wirewound RTDS

RTD'ler hakkındaki tartışmamızı daha da ileriye taşımak için, İki tür keşfedelim: İnce film ve tel..

İnce Film RTD Temelleri

İnce Film RTD ekran yapısı.jpeg

İnce film tipinin yapısı şekilde gösterilmiştir 3(A).

Figür 3. İnce film RTD'lerine örnekler, Neresi (A) yapıyı gösterir ve (B) farklı genel türleri gösterir. İmaj (değiştirilmiş) Evosensörlerin izniyle

İnce bir film RTD'de, Bir seramik substrat üzerine ince bir platin tabakası biriktirilir. Bunu çok yüksek sıcaklık tavlama ve stabilizasyon izler, ve tüm elemanı kapsayan ince bir koruyucu cam katman. Şekilde gösterilen kırpma alanı 3(A) üretilen direnci belirli bir hedef değere göre ayarlamak için kullanılır.

İnce Film RTD'leri, montaj süresini ve üretim maliyetlerini önemli ölçüde azaltan nispeten yeni teknolojiye güveniyor. Telli tip ile karşılaştırıldığında, bir sonraki bölümde derinlemesine keşfedeceğiz, İnce Film RTD'leri şok veya titreşimden kaynaklanan hasara karşı daha dirençlidir. Ek olarak, İnce film RTD'leri, nispeten küçük bir alanda büyük dirençleri barındırabilir. Örneğin, A 1.6 mm tarafından 2.6 MM sensörü, bir direnç üretmek için yeterli alan sağlar 1000 Ah. Küçük boyutları nedeniyle, İnce film RTD'leri sıcaklık değişikliklerine hızlı bir şekilde yanıt verebilir. Bu cihazlar birçok genel amaçlı uygulama için uygundur. Bu tip dezavantajları nispeten zayıf uzun süreli stabilite ve dar bir sıcaklık aralığıdır.

Wirewound RTDS

Wirewound RTD'nin inşası

Figür 4. Temel telli bir RTD'nin yapımına genel bakış. PR Electronics'in izniyle görüntü

Bu tip RTD, seramik veya cam çekirdeğin etrafında bir platin uzunluğunda sarılarak yapılır. Tüm eleman genellikle koruma amaçlı bir seramik veya cam tüp içinde kapsüllenir. Seramik çekirdekleri olan RTD'ler çok yüksek sıcaklıkları ölçmek için uygundur. Wirewound RTD'ler genellikle ince film türlerinden daha doğrudur. Fakat, Titreşimden daha pahalı ve daha kolay hasar görüyorlar.

Platin tel üzerindeki herhangi bir gerginliği en aza indirmek için, Sensör yapısında kullanılan malzemenin termal genleşme katsayısı platin ile eşleşmelidir. Aynı termal genleşme katsayıları, RTD elemanındaki uzun süreli stresin neden olduğu direnç değişikliklerini en aza indirir, böylece sensör tekrarlanabilirliği ve stabilitesinin iyileştirilmesi.

RTD VS. Termokupl özellikleri

RTD sıcaklık sensörleri hakkındaki bu konuşmayı tamamlamak için, İşte RTD ve Termokupl sensörleri arasında kısa bir karşılaştırma.

Bir termokupl, iki kavşak arasındaki sıcaklık farkı ile orantılı bir voltaj üretir. Termokupllar kendi kendine güçlüdür ve harici uyarma gerektirmez, RTD tabanlı sıcaklık ölçümleri bir uyarma akımı veya voltaj gerektirir. Termokupl çıkışı, soğuk ve sıcak kavşaklar arasındaki sıcaklık farkını belirtir, Termokupl uygulamalarında soğuk kavşak telafisi gereklidir. Diğer taraftan, RTD uygulamaları için soğuk kavşak telafisi gerekli değildir, daha basit bir ölçüm sistemi ile sonuçlanır.

Termokupllar tipik olarak -184 ° C ila 2300 ° C Aralık, RTD'ler ölçebilirken -200 ° C ila +850 °C. RTD'ler genellikle termokupllardan daha doğru olsa da, Termokupllardan yaklaşık iki ila üç kat daha pahalıdırlar. Başka bir fark, RTD'lerin termokupllardan daha doğrusal olması ve üstün uzun süreli stabilite sergilemesidir.. Termokupllarla, Sensör malzemesindeki kimyasal değişiklikler uzun süreli stabiliteyi azaltabilir ve sensör okumasının sürüklenmesine neden olabilir.