Што е RTD сензор за откривање температура на термички отпорник?

Отпорните температурни детектори или RTD може да бидат едноставни типови на сензори за температура. Овие уреди работат на принципот дека отпорноста на металот се менува со температурата. Чистите метали генерално имаат позитивен температурен коефициент на отпор, што значи дека нивната отпорност се зголемува со зголемување на температурата. RTD работат во широк температурен опсег на -200 °C до +850 °C и нудат висока точност, одлична долгорочна стабилност, и повторливост.

MAX31865 RTD детектор за температура на отпорност на платина PT100 & PT1000

RTD PT100 Температурен предавател DC24V Минус 50 ~ 100 степен

RTD Pt100 Температурен сензор сонда за рерна

Во оваа статија, ќе разговараме за компромисите за користење на RTD, металите што се користат во нив, двата типа на RTD, и како RTD се споредуваат со термопарови.

Пред да се нурнеме, ајде да погледнеме на пример дијаграм на апликација за подобро да ги разбереме основите на RTD.

Пример за дијаграм за примена на RTD

RTD се пасивни уреди кои сами не генерираат излезен сигнал. Слика 1 покажува поедноставен дијаграм за примена на RTD.

Дијаграм на кола за Пример за апликација за RTD.jpeg

Слика 1. Пример за дијаграм на апликација за RTD.

Струјата на возбуда I1 поминува низ отпорот на сензорот зависен од температурата. Ова произведува напонски сигнал кој е пропорционален на струјата на возбудување и отпорот на RTD. Напонот преку RTD потоа се засилува и се испраќа до ADC (аналогно-дигитален конвертор) да се произведе дигитален излезен код кој може да се користи за пресметување на температурата на RTD.

Размена на користење на RTD сензори - Предности и недостатоци на RTD сензори

Пред да се нурнеме, важно е да се забележи дека деталите за уредувањето на RTD сигналот ќе бидат опфатени во идната статија. За оваа статија, Сакам да истакнам некои основни размени при користење на кола за RTD.

Прво, имајте во предвид дека струјата на возбудување е типично ограничена на околу 1 mA за да се минимизираат ефектите на самозагревање. Кога возбудната струја тече низ RTD, генерира I2R или Joule греење. Ефектите на самозагревање може да ја подигнат температурата на сензорот до вредности над температурата на околината што всушност се мери. Намалувањето на струјата на возбудување може да го намали ефектот на самозагревање. Исто така, вреди да се спомене дека ефектот на самозагревање зависи од медиумот во кој е потопен RTD. На пример, RTD поставен на мирен воздух може да доживее позначајни ефекти на самозагревање отколку RTD потопено во проточна вода.

За дадена забележлива промена на температурата, промената на RTD напонот треба да биде доволно голема за да се надмине бучавата на системот, како и поместувањата и наноси на различни системски параметри. Бидејќи самозагревањето ја ограничува струјата на побудување, треба да користиме RTD со доволно голем отпор, со што се генерира голем напон за блокот за обработка на сигналот низводно. Додека голем отпор на RTD е пожелен за да се намалат грешките при мерењето, не можеме произволно да го зголемиме отпорот бидејќи поголем отпор на RTD резултира со побавно време на одговор.

RTD Метали: Разлики помеѓу платина, Злато, и бакарни RTD

Во теорија, кој било вид метал може да се користи за изградба на RTD. Првиот RTD измислен од CW Siemens во 1860 користеше бакарна жица. Сепак, Сименс наскоро откри дека платинските RTD даваат попрецизни резултати во поширок опсег на температури.

Денес, платина RTD се најкористените температурни сензори за прецизно мерење на температурата. Платина има линеарна врска отпор-температура и е многу повторлива во голем температурен опсег. Покрај тоа, платината не реагира со повеќето загадувачки гасови во воздухот.

Во прилог на платина, два други вообичаени материјали за RTD се никел и бакар. Табела 1 обезбедува температурни коефициенти и релативна спроводливост на некои вообичаени RTD метали.

Сензор за топлинска отпорност на платина со висока температура Pt100 отпорен на експлозија

WZP-130 231 Сензор за температура од отпорност на платина од не'рѓосувачки челик PT100

Термички отпорник pt100 сензор за температура за лежишта

Табела 1. Температурни коефициенти и релативна спроводливост на обичните RTD метали. Податоци обезбедени од BAPI

Во претходниот дел, разговаравме за тоа како поголема отпорност на RTD може да ги намали грешките при мерењето. Бакарот има поголема спроводливост (или еквивалентно, помал отпор) отколку платина и никел. За дадена големина на сензорот и струја на возбудување, бакарен RTD може да произведе релативно мал напон. Затоа, бакарните RTD може да бидат попредизвикувачки за мерење на мали температурни промени. Покрај тоа, бакарот се оксидира на повисоки температури, па опсегот на мерење е исто така ограничен на -200 до +260 ° C.. И покрај овие ограничувања, бакарот сè уште се користи во некои апликации поради неговата линеарност и ниска цена. Како што е прикажано на слика 2 подолу, од трите вообичаени RTD метали, бакарот има најлинеарна отпорност-температурна карактеристика.

Отпор наспроти. Температурни карактеристики на никелот, Бакар, и Platinum RTDs.jpeg

Слика 2. Отпор наспроти. температурни карактеристики на никелот, бакар, и платина RTD. Сликата е обезбедена од TE Connectivity

Златото и среброто исто така имаат релативно низок отпор и ретко се користат како елементи за RTD. Никелот има спроводливост блиска до онаа на платината. Како што може да се види на слика 2, никелот нуди промена на отпорот за дадена промена на температурата.

Сепак, никелот нуди понизок температурен опсег, поголема нелинеарност, и поголем долгорочен нанос од платината. Дополнително, отпорноста на никелот варира од серија до серија. Поради овие ограничувања, никелот се користи првенствено во евтини апликации како што се производите за широка потрошувачка.

Вообичаени платински RTD се Pt100 и Pt1000. Овие имиња го опишуваат типот на метал што се користи во конструкцијата на сензорот (платина или Pt) и номиналниот отпор кај 0 ° C., што е 100 Ω за Pt100 и 1000 Ω за типови Pt100 и Pt1000, соодветно. Типовите Pt100 беа попопуларни во минатото; сепак, денес трендот е кон RTD со поголема отпорност, бидејќи повисокиот отпор обезбедува поголема чувствителност и резолуција со мали или без дополнителни трошоци. RTD направени од бакар и никел користат слични конвенции за именување. Табела 2 наведува некои вообичаени типови.

Табела 2. RTD видови, материјали, и температурни опсези. Податоци обезбедени од Аналогни уреди

Покрај видот на користениот метал, механичката структура на RTD исто така влијае на перформансите на сензорот. RTD може да се поделат на два основни типа: тенок филм и жица. Овие два вида ќе бидат разгледани во следните делови.

Тенок филм vs. РТД со жица

За да ја продолжиме нашата дискусија за RTD, да истражиме два вида: тенок филм и жица.

Основи за RTD на тенок филм

Структура на екранот за RTD тенок филм.jpeg

Структурата на типот на тенок филм е прикажана на слика 3(а).

Слика 3. Примери на RTD со тенок филм, каде (а) ја покажува структурата и (б) ги прикажува различните севкупни типови. Слика (изменета) учтивост на Evosensors

Во РТД со тенок филм, тенок слој платина се таложи на керамичка подлога. Ова е проследено со многу висока температура жарење и стабилизација, и тенок заштитен стаклен слој кој го покрива целиот елемент. Областа за отсекување прикажана на слика 3(а) се користи за прилагодување на произведениот отпор на одредена целна вредност.

RTD-те со тенок филм се потпираат на релативно нова технологија која значително го намалува времето на склопување и трошоците за производство. Во споредба со типот на жица, кои ќе ги истражиме длабински во следниот дел, RTD со тенок филм се поотпорни на оштетување од шок или вибрации. Дополнително, RTD со тенок филм може да прими големи отпори на релативно мала област. На пример, а 1.6 mm од 2.6 mm сензор обезбедува доволно површина за да се произведе отпор на 1000 Ох. Поради нивната мала големина, RTD со тенок филм може брзо да реагира на температурни промени. Овие уреди се погодни за многу општа намена апликации. Недостатоците на овој тип се релативно слабата долгорочна стабилност и тесниот температурен опсег.

РТД со жица

Изградба на Wirewound RTD

Слика 4. Преглед на изградбата на основното RTD со жица. Сликата е обезбедена од PR Electronics

Овој тип на RTD се прави со намотување на должина од платина околу керамичко или стаклено јадро. Целиот елемент обично е затворен во керамичка или стаклена цевка за заштитни цели. RTD со керамички јадра се погодни за мерење на многу високи температури. RTD-овите со жица за намотување се генерално попрецизни од типовите со тенок филм. Сепак, тие се поскапи и полесно се оштетуваат од вибрации.

За да се минимизира секое оптоварување на платинската жица, коефициентот на термичка експанзија на материјалот што се користи во конструкцијата на сензорот треба да одговара на оној на платината. Идентичните коефициенти на термичка експанзија ги минимизираат промените на отпорот предизвикани од долгорочниот стрес во елементот RTD, со што се подобрува повторливоста и стабилноста на сензорот.

RTD vs. Својства на термоспој

За да го завршиме овој разговор за сензорите за температура на RTD, еве кратка споредба помеѓу RTD и сензорите за термоспој.

Термоспој произведува напон кој е пропорционален на температурната разлика помеѓу неговите две спојки. Термопаровите се самонапојувани и не бараат надворешно возбудување, додека мерењата на температурата базирани на RTD бараат струја или напон на возбудување. Излезот на термоспој ја одредува температурната разлика помеѓу ладните и топлите споеви, па затоа е потребна компензација на ладниот спој во апликациите за термоспој. Од друга страна, не е потребна компензација на ладен спој за апликации за RTD, што резултира со поедноставен систем за мерење.

Термопаровите обично се користат во -184 °C до 2300 опсег на °C, додека RTD може да се измери од -200 °C до +850 ° C.. Иако RTD се генерално попрецизни од термопаровите, тие се приближно два до три пати поскапи од термопаровите. Друга разлика е тоа што RTD се полинеарни од термопаровите и покажуваат супериорна долгорочна стабилност. Со термопарови, хемиските промени во материјалот на сензорот може да ја намалат долгорочната стабилност и да предизвикаат поместување на читањето на сензорот.