عناصر دستگاه های دمای مقاومتی (RTD).

عناصر دستگاه دمای مقاومتی (RTD) سیم‌پیچ‌های سیمی یا سایر سرپانتین‌های لایه نازک هستند که با تغییر دما تغییراتی در مقاومت نشان می‌دهند. آنها معمولاً از عناصر فلزی یا آلیاژهایی مانند مس، نیکل یا نیکل - آهن ساخته می شوند. خطی ترین و قابل تکرارترین دستگاه ها از پلاتین ساخته شده اند، فلزی گرانبها که برای اندازه گیری دما در محدوده عملیاتی وسیعی مناسب است.

نمایش تمام سازندگان عناصر دستگاه‌های دمای مقاومتی (RTD).

تکنولوژی

عناصر RTD از دو فناوری سنجش پایه استفاده می کنند.

• دستگاه های سیم پیچ از سیم پیچی از سیم عایق تشکیل شده اند که دور یک هسته سرامیکی یا شیشه ای پیچیده شده است.

• دستگاه های لایه نازک نیز از بسترهای سرامیکی استفاده می کنند، اما کوچکتر از دستگاه های سیم پیچ سنتی هستند.

محصولات چند عنصری دو یا چند عنصر RTD را در یک بسته حسگر/مبدل واحد ترکیب می‌کنند تا در صورت خرابی عنصر اولیه، افزونگی ایجاد کنند. عناصر دستگاه دمای مقاومتی (RTD) اغلب با پروب های RTD استفاده می شوند و به فرستنده های دمای RTD متصل می شوند، دستگاه هایی که اندازه گیری های مقاومت را به سیگنال های جریان تبدیل می کنند. 

سنجش دما

سنسورهای دمای صنعتی و تجاری معمولاً با مقداری فاصله از یک کنترل کننده، ضبط کننده یا سایر ابزار دقیق جدا می شوند. رایج ترین فناوری های حسگر از راه دور RTD، ترموکوپل ها و ترمیستورها هستند. این برنامه معمولاً نوع سنسور را تعیین می کند زیرا هر فناوری مزایا و محدودیت های خاص خود را ارائه می دهد. نمودار زیر قابلیت های هر سنسور را نشان می دهد.

اندازه گیری مقاومت

عناصر دستگاه دمای مقاومتی (RTD) دما را به طور غیر مستقیم با اندازه گیری مقاومت در عنصر حسگر تشخیص می دهند. رابطه بین مقاومت و دما تابعی از مقاومت اسمی (Ro)، مقاومت RTD بر حسب اهم (Ω) در 0ºC و ضریب دمایی مقاومت (TCR) است که به آن ضریب آلفا (α) نیز گفته می‌شود. ، از فلز مورد استفاده در RTD.

ضریب مقاومت دمایی (α)

مقدار α نسبتی از تغییر کسری مقاومت به ازای درجه تغییر دما است. اکثر مواد مورد استفاده برای تولید RTD دارای مقدار α مثبت هستند به این معنی که مقاومت با افزایش دما افزایش می یابد. مقدار به عنوان میانگین کسری تغییر مقاومت در هر درجه سانتیگراد در فاصله دمایی 0 تا 100 درجه سانتیگراد با واحد (Ω/Ω/ºC) تعریف می شود.

کجا :

R 100 = مقاومت در 100 درجه سانتیگراد (Ω)

R o = مقاومت در 0 درجه سانتیگراد (Ω)

مقاومت اسمی (Ro)

مقاومت اسمی (Ro ) ، مقاومت (Ω) در 0ºC، برای توصیف مقدار مقاومت عنصر حسگر استفاده می شود. رایج ترین مقدار برای R o 100 Ω است، اگرچه RTD ها با مقادیر دیگری در دسترس هستند که رایج ترین آنها عبارتند از:

• 100 Ω

• 120 Ω

• 200 Ω

• 500 Ω

• 1000 Ω

پیکربندی سیم کشی

سیم‌های اندازه‌گیری منتهی به سنسور ممکن است به یک منبع خطا کمک کنند. این به دلیل این واقعیت است که مقاومت اسمی و ضریب دمایی مقاومت مقادیر نسبتاً کوچکی هستند که هنگام ترکیب با امپدانس سیم سربی که ممکن است چندین تا ده‌ها اهم باشد، تغییر قابل توجهی در سیگنال سنسور ایجاد می‌کند. بنابراین مهم است که RTD را انتخاب کنید که پیکربندی سیم کشی آن برای کاربرد صنعتی مناسب باشد. عناصر RTD با عناصر 2-، 3- یا 4-سیم در دسترس هستند.

پیکربندی دو سیم

پیکربندی های دو سیم ساده ترین و کم دقت ترین ترتیبات سیم کشی RTD هستند. مقاومت سیم سربی در سیگنال سنسور گنجانده شده و با افزایش طول سیم های سرب، دقت کاهش می یابد. پیکربندی‌های دو سیم برای استفاده با سیم‌های سربی کوتاه مناسب هستند یا ممکن است به سیم‌های سربی ضخیم‌تری برای کاهش مقاومت سیم سربی نیاز داشته باشند.

تنظیمات سه سیمه

در پیکربندی سه سیم، اثرات مقاومت سیم سربی با کم کردن میانگین مقاومت سیم سربی به حداقل می رسد. این کار با کم کردن مقاومت یک حلقه بسته دو سیمه از سیگنال سنسور انجام می شود. پیکربندی های سه سیم فرض می کنند که هر سه سیم دارای مقاومت یکسانی هستند و برای انتقال در فواصل حداکثر 600 متر کابل مناسب هستند.

تنظیمات چهار سیمه

پیکربندی های چهار سیم با حذف مقاومت سیم سربی دقت اندازه گیری را افزایش می دهد. این مدار یک پل 4 سیمه واقعی است که از سیم های 1 و 4 برای تغذیه مدار استفاده می کند در حالی که سیم های 2 و 3 برای اندازه گیری سیگنال سنسور و جبران هرگونه تفاوت در مقاومت سیم های سربی استفاده می شوند.

انواع سنسورها

عناصر دستگاه دمای مقاومتی (RTD) از دو نوع سنسور استفاده می کنند: استاندارد (کلاس B) و دقیق (کلاس A). هر دو نوع توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC)، یک سازمان جهانی که استانداردهایی را برای فناوری های الکتریکی و الکترونیکی تهیه و منتشر می کند، تعریف شده است.

• سنسورهای کلاس B استاندارد صنعتی برای عناصر پلاتین RTD هستند. آنها از یک کالیبراسیون نقطه یخ استفاده می کنند و دقت 0.3 درجه سانتیگراد را برای اندازه گیری دما در 0 درجه سانتیگراد ارائه می دهند.

• دقت کلاس A چند نقطه ای و دقیق تر است و کنترل دقیق تری بر ضریب دما و دقت 0.3 درجه سانتی گراد در دمای 0 درجه سانتی گراد ارائه می دهد.

اگرچه انجمن مواد آزمایشی آمریکا (ASTM) نیز از کلاس A و کلاس B استفاده می کند، این دسته بندی ها انحرافات مجاز متفاوتی را نسبت به استانداردهای IEC مشخص می کنند.

مشخصات

مشخصات عناصر دستگاه دمای مقاومتی (RTD) شامل دمای عملیاتی، مقاومت اسمی، ضریب دمایی مقاومت (α)، زمان پاسخگویی، دقت، طول و عرض یا قطر است.

• دمای عملیاتی محدوده دماهایی است که دستگاه ها برای کار در آن طراحی شده اند. المان های RTD قادر به اندازه گیری محدوده تا -200 درجه سانتیگراد تا +850 درجه سانتیگراد هستند. به طور معمول، 5 درصد بالا و پایین محدوده عملیاتی غیر خطی است.

• مقاومت اسمی ، Ro ، مقاومت الکتریکی سیم پیچ سیم یا عنصر لایه نازک است که در دمای 0 ºC اندازه گیری می شود .

• ضریب دمایی مقاومت (α) نسبتی از تغییر کسری مقاومت به ازای درجه تغییر دما است.

• زمان پاسخ مدت زمان سپری شده قبل از اندازه گیری دقیق است. زمان پاسخ یک عنصر RTD به رسانه ای که دستگاه ها در آن غوطه ور هستند و نرخ جریان رسانه بستگی دارد. زمان پاسخ یا یک مقدار تقریبی یا متوسط ​​است.

• دقت  درصد اختلاف بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار واقعی است. دقت یک عنصر RTD معمولاً با توجه به دما متفاوت است، به دلیل ضریب دمایی متفاوت مقاومت اجزای فلزی در محدوده دمایی معین.

• طول بزرگترین بعد در یک صفحه یا وجه جامد عنصر RTD است.

• قطر یا عرض کوتاه ترین بعد در سطح صفحه یا وجه جامد عنصر RTD است .

استانداردها

IEC 60751 - این استاندارد الزامات سنسورهای دماسنج مقاومتی پلاتین صنعتی را مشخص می کند که مقاومت الکتریکی آنها تابعی از دما است. این استاندارد دماسنج های مناسب برای تمام یا بخشی از محدوده دمایی -200 درجه سانتیگراد تا +850 درجه سانتیگراد را با دو کلاس تلرانس پوشش می دهد. در درجه اول مربوط به عناصر غلاف مناسب برای غوطه ور شدن در محیطی است که دمای آن اندازه گیری می شود.

ASTM E-1137 - این مشخصات الزامات دماسنج های مقاومتی پلاتین صنعتی روکش فلزی (PRT) مناسب برای اندازه گیری دمای غوطه وری مستقیم را پوشش می دهد. این برای PRT با ضریب دمایی مقاومت متوسط ​​بین 0 تا 100 درجه سانتیگراد 0.385 %⁄°C و مقاومت اسمی در 0 درجه سانتیگراد 100 Ω یا مقادیر مشخص دیگر اعمال می شود. این مشخصات PRT مناسب برای تمام یا بخشی از محدوده دمایی -200 تا 650 درجه سانتیگراد را پوشش می دهد. رابطه مقاومت و دما و تلورانس ها و همچنین الزامات فیزیکی، عملکردی و آزمایشی مشخص شده است. 

منبع

globalspec