Mis on RTD termotakisti temperatuuri tuvastamise andur?

Resistentsustemperatuuri detektorid või RTD-d võivad olla lihtsat tüüpi temperatuuriandurid. Need seadmed töötavad põhimõttel, et metalli takistus muutub temperatuuriga. Puhtal metallidel on üldiselt positiivne temperatuuritakistustegur, mis tähendab, et nende takistus suureneb temperatuuri tõustes. RTD-d töötavad laias temperatuurivahemikus -200 °C kuni +850 °C ja pakuvad suurt täpsust, suurepärane pikaajaline stabiilsus, ja korratavus.

MAX31865 RTD plaatinatakistustemperatuuri detektor PT100 & PT1000

RTD PT100 temperatuuriandur DC24V miinus 50 ~ 100 kraadi

RTD Pt100 temperatuuriandur ahju jaoks

Selles artiklis, arutame TTA kasutamise kompromisse, neis kasutatud metallid, kahte tüüpi TTA, ja kuidas RTD-sid võrrelda termopaaridega.

Enne kui sukeldume, RTD põhitõdede paremaks mõistmiseks vaatame rakendusskeemi näidet.

RTD rakendusskeemi näide

RTD-d on passiivsed seadmed, mis ei genereeri iseseisvalt väljundsignaali. Joonis 1 näitab lihtsustatud TTA rakendusskeemi.

RTD rakenduse vooluringi skeem Näide.jpeg

Joonis 1. TTA rakendusskeemi näide.

Ergastusvool I1 läbib anduri temperatuurist sõltuvat takistust. See tekitab pingesignaali, mis on võrdeline ergutusvoolu ja RTD takistusega. Seejärel võimendatakse RTD pinget ja saadetakse ADC-sse (analoog-digitaalmuundur) digitaalse väljundkoodi saamiseks, mida saab kasutada RTD temperatuuri arvutamiseks.

RTD-andurite kasutamise kompromissid – RTD-andurite eelised ja puudused

Enne kui sukeldume, Oluline on märkida, et RTD signaali konditsioneerimise üksikasju käsitletakse tulevases artiklis. Selle artikli jaoks, Tahan esile tõsta mõningaid põhilisi kompromisse RTD-ahelate kasutamisel.

Esiteks, Pange tähele, et ergutusvool on tavaliselt piiratud umbes 1 mA, et minimeerida isekuumenemise mõju. Kui ergutusvool voolab läbi RTD, see tekitab I2R või Joule kuumenemist. Isekuumenevad efektid võivad tõsta anduri temperatuuri väärtustele, mis ületavad tegelikult mõõdetavat ümbritsevat temperatuuri. Ergastusvoolu vähendamine võib vähendada isekuumenevat efekti. Samuti väärib märkimist, et isekuumenemise efekt sõltub keskkonnast, millesse RTD on sukeldatud. Näiteks, vaiksesse õhku paigutatud RTD-l võib olla märkimisväärne isekuumenemise efekt kui voolavasse vette sukeldatud RTD-l.

Antud tuvastatava temperatuurimuutuse korral, RTD pinge muutus peaks olema piisavalt suur, et ületada süsteemi müra ning erinevate süsteemiparameetrite nihked ja triivid. Kuna isekuumenemine piirab ergutusvoolu, peame kasutama piisavalt suure takistusega RTD-d, genereerides seega suure pinge allavoolu signaalitöötlusploki jaoks. Kuigi mõõtmisvigade vähendamiseks on soovitav suur RTD takistus, me ei saa takistust meelevaldselt suurendada, sest suurem RTD takistus põhjustab aeglasema reaktsiooniaja.

RTD metallid: Erinevused plaatina vahel, Kuldne, ja vase TTA-d

Teoreetiliselt, TTA ehitamiseks võib kasutada mis tahes metalli. aastal leiutas CW Siemens esimene TTA 1860 kasutas vasktraati. Siiski, Siemens avastas peagi, et plaatina RTD-d annavad täpsemaid tulemusi laiemas temperatuurivahemikus.

Täna, plaatina RTD-d on temperatuuri täppismõõtmiseks kõige laialdasemalt kasutatavad temperatuuriandurid. Plaatinal on lineaarne takistuse ja temperatuuri suhe ning see on väga korratav suures temperatuurivahemikus. Lisaks, plaatina ei reageeri enamiku õhus leiduvate saasteainetega.

Lisaks plaatinale, kaks muud levinud TTA materjali on nikkel ja vask. Tabel 1 annab mõnede tavaliste RTD metallide temperatuurikoefitsiendid ja suhtelise juhtivuse.

Kõrge temp Pt100 plaatina soojustakistuse andur plahvatuskindel

WZP-130 231 Roostevabast terasest plaatina takistus PT100 temperatuuriandur

Termotakisti pt100 temperatuuriandur laagritele

Tabel 1. Tavaliste RTD metallide temperatuurikoefitsiendid ja suhteline juhtivus. Andmed esitas BAPI

Eelmises osas, arutasime, kuidas suurem RTD takistus võib mõõtmisvigu vähendada. Vasel on kõrgem juhtivus (või samaväärselt, madalam takistus) kui plaatina ja nikkel. Antud anduri suuruse ja ergutusvoolu jaoks, vasest RTD suudab toota suhteliselt väikese pinge. Seetõttu, vase RTD-d võivad väikeste temperatuurimuutuste mõõtmisel olla keerulisemad. Lisaks, vask oksüdeerub kõrgemal temperatuuril, seega on ka mõõtmisulatus piiratud -200 juurde +260 °C. Vaatamata nendele piirangutele, vaske kasutatakse mõnedes rakendustes selle lineaarsuse ja madala hinna tõttu endiselt. Nagu on näidatud joonisel 2 allpool, kolmest tavalisest TTA metallist, vasel on kõige lineaarsem takistus-temperatuuri karakteristik.

Vastupidavus vs. Nikli temperatuuriomadused, Vask, ja Platinum RTDs.jpeg

Joonis 2. Vastupidavus vs. nikli temperatuuriomadused, vask, ja plaatina RTD-d. Pilt TE Connectivity loal

Kuld ja hõbe on samuti suhteliselt madala vastupidavusega ning neid kasutatakse harva RTD elementidena. Nikli juhtivus on lähedane plaatina omale. Nagu jooniselt näha 2, nikkel pakub teatud temperatuurimuutuse korral takistuse muutust.

Siiski, nikkel pakub madalamat temperatuurivahemikku, suurem mittelineaarsus, ja suurem pikaajaline triiv kui plaatina. Lisaks, nikli vastupidavus on partiide lõikes erinev. Nende piirangute tõttu, niklit kasutatakse peamiselt odavates rakendustes, näiteks tarbekaupades.

Levinud plaatina RTD-d on Pt100 ja Pt1000. Need nimetused kirjeldavad anduri konstruktsioonis kasutatud metalli tüüpi (plaatina või Pt) ja nimitakistus at 0 °C, mis on 100 Ω Pt100 ja 1000 Ω Pt100 ja Pt1000 tüüpidele, vastavalt. Pt100 tüübid olid varem populaarsemad; siiski, täna on suund suurema vastupanuvõimega RTD poole, kuna suurem takistus tagab suurema tundlikkuse ja eraldusvõime väikeste lisakuludega või ilma selleta. Vasest ja niklist valmistatud RTD-d kasutavad sarnaseid nimetamisviise. Tabel 2 loetleb mõned levinumad tüübid.

Tabel 2. TTA tüübid, materjalid, ja temperatuurivahemikud. Analog Devicesilt saadud andmed

Lisaks kasutatava metalli tüübile, RTD mehaaniline struktuur mõjutab ka anduri jõudlust. TTA-d võib jagada kahte põhitüüpi: õhuke kile ja traatmähis. Neid kahte tüüpi käsitletakse järgmistes osades.

Õhuke kile vs. Traat-RTD-d

Et edendada meie arutelu TTA üle, uurime kahte tüüpi: õhuke kile ja traatmähis.

Õhuke kile RTD põhitõed

Thin Film RTD Display Structure.jpeg

Õhukese kile tüübi struktuur on näidatud joonisel 3(a).

Joonis 3. Näited õhukese kilega RTD-dest, kus (a) näitab struktuuri ja (b) näitab erinevaid üldtüüpe. Pilt (muudetud) Evosensorsi loal

Õhukeses kiles RTD, keraamilisele aluspinnale ladestatakse õhuke plaatinakiht. Sellele järgneb väga kõrgel temperatuuril lõõmutamine ja stabiliseerimine, ja õhuke kaitseklaasikiht, mis katab kogu elementi. Joonisel näidatud kärpimisala 3(a) kasutatakse toodetud takistuse reguleerimiseks määratud sihtväärtusele.

Õhukese kilega RTD-d tuginevad suhteliselt uuele tehnoloogiale, mis vähendab oluliselt kokkupanekuaega ja tootmiskulusid. Võrreldes traadi tüübiga, mida uurime põhjalikult järgmises osas, õhukese kilega RTD-d on põrutus- või vibratsioonikahjustustele vastupidavamad. Lisaks, õhukese kilega RTD-d suudavad taluda suuri takistusi suhteliselt väikesel alal. Näiteks, a 1.6 mm poolt 2.6 mm andur tagab piisava ala takistuse tekitamiseks 1000 Oh. Nende väikese suuruse tõttu, õhukese kilega RTD-d reageerivad kiiresti temperatuurimuutustele. Need seadmed sobivad paljudeks üldotstarbelisteks rakendusteks. Seda tüüpi puudused on suhteliselt halb pikaajaline stabiilsus ja kitsas temperatuurivahemik.

Traat-RTD-d

Wirewound RTD ehitamine

Joonis 4. Ülevaade traatkeha põhilise RTD ehitamisest. Pilt on PR Electronicsi loal

Seda tüüpi RTD valmistatakse plaatina keraamilise või klaassüdamiku ümber. Tavaliselt on kogu element kaitse eesmärgil kapseldatud keraamilisse või klaastorusse. Keraamilise südamikuga RTD-d sobivad väga kõrgete temperatuuride mõõtmiseks. Traat-RTD-d on üldiselt täpsemad kui õhukese kilega tüübid. Siiski, need on kallimad ja saavad vibratsioonist kergemini kahjustada.

Plaatinatraadi koormuse minimeerimiseks, anduri konstruktsioonis kasutatud materjali soojuspaisumistegur peaks ühtima plaatina omaga. Identsed soojuspaisumise koefitsiendid minimeerivad RTD elemendi pikaajalisest pingest põhjustatud takistuse muutusi, parandades seega anduri korratavust ja stabiilsust.

RTD vs. Termopaari omadused

Selle RTD temperatuuriandurite teemalise vestluse lõpetuseks, siin on lühike võrdlus RTD ja termopaari andurite vahel.

Termopaar tekitab pinge, mis on võrdeline temperatuuride erinevusega selle kahe ristmiku vahel. Termopaarid on isetoitel ja ei vaja välist ergastust, samas kui RTD-põhised temperatuurimõõtmised nõuavad ergutusvoolu või pinget. Termopaari väljund määrab temperatuuri erinevuse külma ja kuuma ristmiku vahel, seega on termopaarrakendustes vaja külma ristmiku kompenseerimist. Teisest küljest, külma ristmiku kompenseerimine ei ole TTA rakenduste jaoks vajalik, mille tulemuseks on lihtsam mõõtmissüsteem.

Tavaliselt kasutatakse termopaare -184 °C kuni 2300 °C vahemik, samas kui TTA-d saavad mõõta alates -200 °C kuni +850 °C. Kuigi RTD-d on üldiselt täpsemad kui termopaarid, need on ligikaudu kaks kuni kolm korda kallimad kui termopaarid. Teine erinevus on see, et RTD-d on lineaarsemad kui termopaarid ja neil on suurepärane pikaajaline stabiilsus. Termopaaridega, keemilised muutused anduri materjalis võivad vähendada pikaajalist stabiilsust ja põhjustada anduri näidu triivi.