Apakah itu Penderia Pengesanan Suhu Perintang Terma RTD?

Pengesan Suhu Rintangan atau RTD mungkin jenis penderia suhu yang ringkas. Peranti ini berfungsi berdasarkan prinsip bahawa rintangan logam berubah mengikut suhu. Logam tulen umumnya mempunyai pekali rintangan suhu positif, bermakna rintangan mereka meningkat apabila suhu meningkat. RTD beroperasi pada julat suhu yang luas -200 ° C ke +850 °C dan menawarkan ketepatan yang tinggi, Kestabilan jangka panjang yang sangat baik, dan kebolehulangan.

MAX31865 RTD Pengesan Suhu Rintangan Platinum PT100 & PT1000

RTD PT100 Suhu Pemancar DC24V dikurangkan 50 ~ 100 ijazah

Siasatan Penderia Suhu RTD Pt100 untuk Ketuhar

Dalam artikel ini, kita akan membincangkan pertukaran penggunaan RTD, logam yang digunakan di dalamnya, dua jenis RTD, dan bagaimana RTD dibandingkan dengan termokopel.

Sebelum kita menyelam, mari kita lihat contoh rajah aplikasi untuk lebih memahami asas RTD.

Contoh Rajah Aplikasi RTD

RTDs are passive devices that do not generate an output signal on their own. Rajah 1 shows a simplified RTD application diagram.

Circuit Diagram for RTD Application Example.jpeg

Rajah 1. RTD application diagram example.

The excitation current I1 passes through the temperature-dependent resistance of the sensor. This produces a voltage signal that is proportional to the excitation current and the resistance of the RTD. The voltage across the RTD is then amplified and sent to an ADC (penukar analog-ke-digital) to produce a digital output code that can be used to calculate the RTD temperature.

Tradeoffs of Using RTD Sensors – Advantages and Disadvantages of RTD Sensors

Sebelum kita menyelam, it is important to note that the details of RTD signal conditioning will be covered in a future article. For this article, Saya ingin menyerlahkan beberapa pertukaran asas apabila menggunakan litar RTD.

Pertama, ambil perhatian bahawa arus pengujaan biasanya terhad kepada sekeliling 1 mA untuk meminimumkan kesan pemanasan sendiri. Apabila arus pengujaan mengalir melalui RTD, ia menghasilkan pemanasan I2R atau Joule. Kesan pemanasan sendiri boleh menaikkan suhu sensor kepada nilai di atas suhu ambien yang sebenarnya sedang diukur. Mengurangkan arus pengujaan boleh mengurangkan kesan pemanasan sendiri. Perlu juga disebut bahawa kesan pemanasan sendiri bergantung pada medium di mana RTD direndam. Contohnya, RTD yang diletakkan di udara pegun mungkin mengalami kesan pemanasan diri yang lebih ketara daripada RTD yang direndam dalam air yang mengalir.

Untuk perubahan suhu yang boleh dikesan yang diberikan, perubahan dalam voltan RTD hendaklah cukup besar untuk mengatasi hingar sistem serta mengimbangi dan drift bagi parameter sistem yang berbeza. Oleh kerana pemanasan sendiri mengehadkan arus pengujaan, kita perlu menggunakan RTD dengan rintangan yang cukup besar, sekali gus menjana voltan yang besar untuk blok pemprosesan isyarat hiliran. Walaupun rintangan RTD yang besar adalah wajar untuk mengurangkan ralat pengukuran, kita tidak boleh sewenang-wenangnya meningkatkan rintangan kerana rintangan RTD yang lebih besar menghasilkan masa tindak balas yang lebih perlahan.

Logam RTD: Perbezaan Antara Platinum, emas, dan RTD Tembaga

Secara teori, sebarang jenis logam boleh digunakan untuk membina RTD. RTD pertama yang dicipta oleh CW Siemens dalam 1860 menggunakan dawai tembaga. Walau bagaimanapun, Siemens tidak lama lagi mendapati bahawa RTD platinum menghasilkan keputusan yang lebih tepat pada julat suhu yang lebih luas.

Hari ini, RTD platinum ialah penderia suhu yang paling banyak digunakan untuk pengukuran suhu ketepatan. Platinum mempunyai hubungan rintangan-suhu linear dan sangat boleh diulang dalam julat suhu yang besar. Di samping itu, platinum tidak bertindak balas dengan kebanyakan gas pencemar di udara.

Selain platinum, dua lagi bahan RTD biasa ialah nikel dan tembaga. Jadual 1 menyediakan pekali suhu dan kekonduksian relatif beberapa logam RTD biasa.

Penderia rintangan haba platinum Pt100 suhu tinggi kalis letupan

WZP-130 231 Penderia suhu PT100 rintangan platinum keluli tahan karat

Sensor suhu pt100 perintang haba untuk galas

Jadual 1. Pekali suhu dan kekonduksian relatif logam RTD biasa. Data disediakan oleh BAPI

Dalam bahagian sebelumnya, we discussed how larger RTD resistance can reduce measurement errors. Copper has a higher conductivity (or equivalently, lower resistance) than platinum and nickel. For a given sensor size and excitation current, a copper RTD can produce a relatively small voltage. Oleh itu, copper RTDs can be more challenging to measure small temperature changes. Di samping itu, copper oxidizes at higher temperatures, so the measurement range is also limited to -200 ke +260 ° C.. Despite these limitations, copper is still used in some applications due to its linearity and low cost. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2 below, of the three common RTD metals, copper has the most linear resistance-temperature characteristic.

Resistance vs. Temperature Characteristics of Nickel, Tembaga, and Platinum RTDs.jpeg

Rajah 2. Resistance vs. temperature characteristics of nickel, Tembaga, and platinum RTDs. Image courtesy of TE Connectivity

Emas dan perak juga mempunyai rintangan yang agak rendah dan jarang digunakan sebagai unsur RTD. Nikel mempunyai kekonduksian yang hampir dengan platinum. Seperti yang dapat dilihat dalam Rajah 2, nikel menawarkan perubahan rintangan untuk perubahan suhu tertentu.

Walau bagaimanapun, nikel menawarkan julat suhu yang lebih rendah, ketaklinieran yang lebih besar, dan hanyut jangka panjang yang lebih besar daripada platinum. Di samping itu, rintangan nikel berbeza dari kelompok ke kelompok. Kerana batasan ini, nikel digunakan terutamanya dalam aplikasi kos rendah seperti produk pengguna.

RTD platinum biasa ialah Pt100 dan Pt1000. Nama-nama ini menerangkan jenis logam yang digunakan dalam pembinaan sensor (platinum atau Pt) dan rintangan nominal di 0 ° C., yang 100 Ω untuk Pt100 dan 1000 Ω untuk jenis Pt100 dan Pt1000, masing -masing. Jenis Pt100 lebih popular pada masa lalu; Walau bagaimanapun, hari ini arah aliran adalah ke arah RTD rintangan yang lebih tinggi, as higher resistance provides greater sensitivity and resolution at little or no additional cost. RTDs made from copper and nickel use similar naming conventions. Jadual 2 lists some common types.

Jadual 2. RTD types, materials, and temperature ranges. Data provided by Analog Devices

In addition to the type of metal used, the mechanical structure of the RTD also affects sensor performance. RTDs can be divided into two basic types: thin film and wirewound. These two types will be discussed in the following sections.

Thin Film vs. Wirewound RTDs

To further our discussion of RTDs, let’s explore two types: thin film and wirewound.

Thin Film RTD Basics

Thin Film RTD Display Structure.jpeg

The structure of the thin film type is shown in Figure 3(a).

Rajah 3. Examples of thin film RTDs, where (a) shows the structure and (b) menunjukkan jenis keseluruhan yang berbeza. Imej (diubahsuai) ihsan Evosensors

Dalam RTD filem nipis, lapisan nipis platinum dimendapkan pada substrat seramik. Ini diikuti dengan penyepuhlindapan dan penstabilan suhu yang sangat tinggi, dan lapisan kaca pelindung nipis yang meliputi keseluruhan elemen. Kawasan pemangkasan ditunjukkan dalam Rajah 3(a) digunakan untuk melaraskan rintangan yang dihasilkan kepada nilai sasaran yang ditentukan.

RTD filem nipis bergantung pada teknologi yang agak baharu yang mengurangkan masa pemasangan dan kos pengeluaran dengan ketara. Berbanding dengan jenis wirewound, yang akan kita terokai secara mendalam dalam bahagian seterusnya, RTD filem nipis lebih tahan terhadap kerosakan akibat kejutan atau getaran. Di samping itu, RTD filem nipis boleh menampung rintangan yang besar di kawasan yang agak kecil. Contohnya, a 1.6 mm oleh 2.6 sensor mm menyediakan kawasan yang cukup untuk menghasilkan rintangan 1000 Oh. Oleh kerana saiznya yang kecil, RTD filem nipis boleh bertindak balas dengan cepat terhadap perubahan suhu. Peranti ini sesuai untuk banyak aplikasi tujuan umum. Kelemahan jenis ini adalah kestabilan jangka panjang yang agak lemah dan julat suhu yang sempit.

Wirewound RTDs

Pembinaan RTD Wirewound

Rajah 4. Gambaran keseluruhan pembinaan RTD wayar asas. Imej ihsan PR Electronics

RTD jenis ini dibuat dengan menggulung platinum panjang di sekeliling teras seramik atau kaca. Keseluruhan elemen biasanya dikapsulkan dalam tiub seramik atau kaca untuk tujuan perlindungan. RTD dengan teras seramik sesuai untuk mengukur suhu yang sangat tinggi. RTD Wirewound biasanya lebih tepat daripada jenis filem nipis. Walau bagaimanapun, ia lebih mahal dan lebih mudah rosak oleh getaran.

Untuk meminimumkan sebarang ketegangan pada wayar platinum, pekali pengembangan haba bahan yang digunakan dalam pembinaan penderia harus sepadan dengan platinum. Pekali pengembangan haba yang sama meminimumkan perubahan rintangan yang disebabkan oleh tegasan jangka panjang dalam elemen RTD, sekali gus meningkatkan kebolehulangan dan kestabilan sensor.

RTD lwn. Sifat Termokopel

Untuk menyelesaikan perbualan ini tentang penderia suhu RTD, berikut ialah perbandingan ringkas antara RTD dan sensor termokopel.

Termokopel menghasilkan voltan yang berkadar dengan perbezaan suhu antara dua simpangnya. Termokopel berkuasa sendiri dan tidak memerlukan pengujaan luaran, manakala pengukuran suhu berasaskan RTD memerlukan arus atau voltan pengujaan. Keluaran termokopel menentukan perbezaan suhu antara simpang sejuk dan panas, jadi pampasan simpang sejuk diperlukan dalam aplikasi termokopel. Sebaliknya, pampasan simpang sejuk tidak diperlukan untuk aplikasi RTD, menghasilkan sistem pengukuran yang lebih mudah.

Termokopel biasanya digunakan dalam -184 ° C ke 2300 Julat °C, manakala RTD boleh mengukur daripada -200 ° C ke +850 ° C.. Walaupun RTD biasanya lebih tepat daripada termokopel, ia adalah kira-kira dua hingga tiga kali lebih mahal daripada termokopel. Perbezaan lain ialah RTD lebih linear daripada termokopel dan mempamerkan kestabilan jangka panjang yang unggul. Dengan termokopel, perubahan kimia dalam bahan sensor boleh mengurangkan kestabilan jangka panjang dan menyebabkan bacaan sensor hanyut.