Kas yra RTD terminio rezistoriaus temperatūros aptikimo jutiklis?

Atsparumo temperatūros detektoriai arba RTD gali būti paprasti temperatūros jutiklių tipai. Šie įrenginiai veikia pagal principą, kad metalo atsparumas kinta priklausomai nuo temperatūros. Grynieji metalai paprastai turi teigiamą atsparumo temperatūros koeficientą, reiškia, kad jų atsparumas didėja didėjant temperatūrai. RTD veikia plačiame temperatūrų diapazone -200 ° C iki +850 °C ir pasižymi dideliu tikslumu, puikus ilgalaikis stabilumas, ir pakartojamumą.

MAX31865 RTD platininės varžos temperatūros detektorius PT100 & PT1000

RTD PT100 temperatūros siųstuvas DC24V Minus 50 ~ 100 laipsnį

RTD Pt100 temperatūros jutiklio zondas orkaitei

Šiame straipsnyje, aptarsime MTTP naudojimo kompromisus, juose naudojami metalai, dviejų tipų MTTP, ir kaip MTTP palyginti su termoporomis.

Prieš pasineriant, pažvelkime į taikymo diagramos pavyzdį, kad geriau suprastume MTTP pagrindus.

RTD taikymo diagramos pavyzdys

RTD yra pasyvūs įrenginiai, kurie patys negeneruoja išvesties signalo. Paveikslas 1 parodyta supaprastinta MTTP taikymo schema.

RTD taikymo pavyzdys.jpeg grandinės schema

Paveikslas 1. RTD taikymo diagramos pavyzdys.

Sužadinimo srovė I1 praeina per nuo temperatūros priklausomą jutiklio varžą. Tai sukuria įtampos signalą, kuris yra proporcingas sužadinimo srovei ir RTD varžai. Tada RTD įtampa sustiprinama ir siunčiama į ADC (analoginis-skaitmeninis keitiklis) sukurti skaitmeninį išvesties kodą, kuris gali būti naudojamas RTD temperatūrai apskaičiuoti.

RTD jutiklių naudojimo kompromisai – RTD jutiklių privalumai ir trūkumai

Prieš pasineriant, svarbu pažymėti, kad MTTP signalo kondicionavimo detalės bus aptartos būsimame straipsnyje. Šiam straipsniui, Noriu pabrėžti keletą pagrindinių kompromisų naudojant RTD grandines.

Pirma, atkreipkite dėmesį, kad sužadinimo srovė paprastai ribojama maždaug 1 mA, kad sumažintų savaiminio įkaitimo poveikį. Kai žadinimo srovė teka per RTD, jis generuoja I2R arba Džaulio šildymą. Savaiminio įkaitimo efektai gali padidinti jutiklio temperatūrą iki verčių, viršijančių iš tikrųjų matuojamą aplinkos temperatūrą. Sužadinimo srovės sumažinimas gali sumažinti savaiminio įkaitimo efektą. Taip pat verta paminėti, kad savaiminio įkaitimo efektas priklauso nuo terpės, į kurią panardinamas RTD. Pavyzdžiui, MTTP, patalpintas ramiame ore, gali patirti didesnį savaiminio įkaitimo poveikį nei MTTP panardintas į tekantį vandenį.

Tam tikram aptinkamam temperatūros pokyčiui, RTD įtampos pokytis turi būti pakankamai didelis, kad būtų galima įveikti sistemos triukšmą, taip pat skirtingų sistemos parametrų poslinkius ir poslinkius. Kadangi savaiminis įkaitimas riboja sužadinimo srovę, turime naudoti pakankamai didelio pasipriešinimo RTD, taip sukuriama didelė įtampa pasroviui signalo apdorojimo blokui. Nors norint sumažinti matavimo klaidas, pageidautina turėti didelę RTD varžą, negalime savavališkai padidinti pasipriešinimo, nes didesnis RTD pasipriešinimas lemia lėtesnį atsako laiką.

RTD metalai: Skirtumai tarp platinos, Auksas, ir vario MTTP

Teoriškai, bet koks metalas gali būti naudojamas MTTP statyti. Pirmieji MTTP, kuriuos išrado CW Siemens m 1860 naudojo varinę vielą. Tačiau, Netrukus „Siemens“ atrado, kad platinos RTD duoda tikslesnius rezultatus platesniame temperatūrų diapazone.

Šiandien, platinos RTD yra plačiausiai naudojami temperatūros jutikliai tiksliam temperatūros matavimui. Platina turi linijinį atsparumo ir temperatūros ryšį ir yra labai pakartojama dideliame temperatūrų diapazone. Be to, platina nereaguoja su dauguma ore esančių teršalų dujų.

Be platinos, dar dvi įprastos MTTP medžiagos yra nikelis ir varis. Lentelė 1 pateikia kai kurių įprastų MTTP metalų temperatūros koeficientus ir santykinį laidumą.

Aukštos temperatūros Pt100 platinos šiluminės varžos jutiklis, atsparus sprogimui

WZP-130 231 Nerūdijančio plieno platinos atsparumo temperatūros jutiklis PT100

Terminis rezistorius pt100 temperatūros jutiklis guoliams

Lentelė 1. Įprastų MTTP metalų temperatūros koeficientai ir santykinis laidumas. Duomenys pateikiami BAPI

Ankstesnėje dalyje, aptarėme, kaip didesnė RTD varža gali sumažinti matavimo klaidas. Varis turi didesnį laidumą (arba lygiaverčiai, mažesnis pasipriešinimas) nei platina ir nikelis. Tam tikram jutiklio dydžiui ir sužadinimo srovei, varinis RTD gali sukurti palyginti mažą įtampą. Todėl, variniai RTD gali būti sudėtingesni matuojant nedidelius temperatūros pokyčius. Be to, varis oksiduojasi aukštesnėje temperatūroje, todėl matavimo diapazonas taip pat ribojamas -200 į +260 ° C.. Nepaisant šių apribojimų, varis vis dar naudojamas kai kuriose srityse dėl savo tiesiškumo ir mažos kainos. Kaip parodyta paveiksle 2 žemiau, iš trijų įprastų MTTP metalų, varis turi linijiškiausią atsparumo-temperatūros charakteristiką.

Atsparumas vs. Nikelio temperatūros charakteristikos, Vario, ir platinos RTDs.jpeg

Paveikslas 2. Atsparumas vs. nikelio temperatūros charakteristikos, vario, ir platinos MTTP. Vaizdas suteiktas TE Connectivity

Auksas ir sidabras taip pat turi palyginti mažą atsparumą ir retai naudojami kaip MTTP elementai. Nikelio laidumas yra artimas platinos laidumui. Kaip matyti paveikslėlyje 2, nikelis siūlo atsparumo pokytį tam tikram temperatūros pokyčiui.

Tačiau, nikelis siūlo žemesnį temperatūros diapazoną, didesnis netiesiškumas, ir didesnis ilgalaikis dreifas nei platina. Papildomai, nikelio atsparumas įvairiose partijose skiriasi. Dėl šių apribojimų, nikelis daugiausia naudojamas nebrangiuose įrenginiuose, pavyzdžiui, plataus vartojimo prekėse.

Įprasti platinos RTD yra Pt100 ir Pt1000. Šie pavadinimai apibūdina metalo tipą, naudojamą jutiklio konstrukcijoje (platina arba Pt) o nominali varža ties 0 ° C., kuri yra 100 Ω Pt100 ir 1000 Ω Pt100 ir Pt1000 tipams, atitinkamai. Pt100 tipai buvo populiaresni praeityje; tačiau, Šiandien tendencija yra didesnio atsparumo MTTP link, nes didesnis pasipriešinimas užtikrina didesnį jautrumą ir skiriamąją gebą už mažą arba be papildomų išlaidų. RTD, pagaminti iš vario ir nikelio, naudoja panašias pavadinimų taisykles. Lentelė 2 išvardyti kai kurie įprasti tipai.

Lentelė 2. MTTP tipai, medžiagos, ir temperatūros diapazonai. Analoginių įrenginių pateikti duomenys

Be naudojamo metalo tipo, mechaninė RTD struktūra taip pat turi įtakos jutiklio veikimui. MTTP galima suskirstyti į du pagrindinius tipus: plona plėvelė ir vielinė apvija. Šios dvi rūšys bus aptariamos tolesniuose skyriuose.

Plona plėvelė vs. Vieliniai MTTP

Norėdami tęsti mūsų diskusiją apie MTTP, panagrinėkime du tipus: plona plėvelė ir vielinė apvija.

Plonasluoksnių MTTP pagrindai

Thin Film RTD Display Structure.jpeg

Plonosios plėvelės tipo struktūra parodyta paveikslėlyje 3(a).

Paveikslas 3. Plonosios plėvelės MTTP pavyzdžiai, kur (a) parodo struktūrą ir (b) rodo skirtingus bendrus tipus. Vaizdas (modifikuotas) „Evosensors“ sutikimu

Plonoje plėvelėje RTD, ant keraminio pagrindo nusodinamas plonas platinos sluoksnis. Po to seka labai aukštos temperatūros atkaitinimas ir stabilizavimas, ir plonas apsauginis stiklo sluoksnis, dengiantis visą elementą. Apipjaustymo sritis parodyta paveikslėlyje 3(a) naudojamas pagamintam atsparumui reguliuoti iki nurodytos tikslinės vertės.

Plonosios plėvelės RTD remiasi palyginti nauja technologija, kuri žymiai sumažina surinkimo laiką ir gamybos sąnaudas. Palyginti su vielinės apvijos tipu, kurią nuodugniai išnagrinėsime kitame skyriuje, Plonasluoksnės RTD yra atsparesnės smūgiams ar vibracijai. Papildomai, plonasluoksnės RTD gali atlaikyti dideles varžas santykinai mažame plote. Pavyzdžiui, a 1.6 mm iki 2.6 mm jutiklis suteikia pakankamai ploto atsparumui sukurti 1000 Oi. Dėl mažo jų dydžio, plonasluoksnės RTD gali greitai reaguoti į temperatūros pokyčius. Šie įrenginiai tinka daugeliui bendrosios paskirties programų. Šio tipo trūkumai yra palyginti prastas ilgalaikis stabilumas ir siauras temperatūros diapazonas.

Vieliniai MTTP

Vielos MTTP statyba

Paveikslas 4. Pagrindinės vielinės apvijos RTD konstrukcijos apžvalga. Vaizdas suteiktas PR Electronics

Šio tipo RTD gaminami apvyniojus platinos ilgį aplink keramikos arba stiklo šerdį. Apsaugos tikslais visas elementas paprastai yra įdėtas į keraminį arba stiklinį vamzdelį. RTD su keraminėmis šerdimis tinka labai aukštai temperatūrai matuoti. Vieliniai RTD paprastai yra tikslesni nei plonos plėvelės tipai. Tačiau, jie yra brangesni ir lengviau pažeidžiami vibracijos.

Siekiant sumažinti platinos vielos apkrovą, jutiklio konstrukcijoje naudojamos medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas turi atitikti platinos koeficientą. Identiški šiluminio plėtimosi koeficientai sumažina atsparumo pokyčius, kuriuos sukelia ilgalaikis RTD elemento įtempis, taip pagerinant jutiklio pakartojamumą ir stabilumą.

RTD vs. Termoporos savybės

Norėdami užbaigti šį pokalbį apie RTD temperatūros jutiklius, čia yra trumpas RTD ir termoporos jutiklių palyginimas.

Termopora sukuria įtampą, kuri yra proporcinga temperatūrų skirtumui tarp dviejų jungčių. Termoporos yra maitinamos savarankiškai ir nereikalauja išorinio sužadinimo, kadangi MTTP pagrįstiems temperatūros matavimams reikalinga sužadinimo srovė arba įtampa. Termoporos išvestis nurodo temperatūrų skirtumą tarp šalto ir karšto sandūrų, todėl naudojant termoporas reikalingas šaltos sankryžos kompensavimas. Kita vertus, Šaltos sankryžos kompensacija nereikalinga MTTP programoms, todėl gaunama paprastesnė matavimo sistema.

Termoporos paprastai naudojamos -184 ° C iki 2300 °C diapazonas, o MTTP gali matuoti nuo -200 ° C iki +850 ° C.. Nors RTD paprastai yra tikslesni nei termoporos, jie yra maždaug du ar tris kartus brangesni nei termoporos. Kitas skirtumas yra tas, kad RTD yra linijiškesni nei termoporos ir pasižymi puikiu ilgalaikiu stabilumu. Su termoporomis, cheminiai pokyčiai jutiklio medžiagoje gali sumažinti ilgalaikį stabilumą ir sukelti jutiklio rodmenų nukrypimą.