Что такое датчик определения температуры терморезистора RTD?

Резистивные датчики температуры или RTD могут быть простыми типами датчиков температуры.. Эти устройства работают по принципу изменения сопротивления металла в зависимости от температуры.. Чистые металлы обычно имеют положительный температурный коэффициент сопротивления., это означает, что их сопротивление увеличивается с увеличением температуры.. РДТ работают в широком диапазоне температур. -200 ° C до +850 °C и обеспечивают высокую точность, Отличная долгосрочная стабильность, и повторяемость.

MAX31865 Платиновый термометр сопротивления RTD PT100 & ПТ1000

RTD PT100 ТЕМПЕРАТИЦИРОВАТЕЛЬ DC24V MINUS 50 ~ 100 степень

Датчик температуры RTD Pt100 для духовки

В этой статье, мы обсудим компромиссы при использовании RTD, металлы, используемые в них, два типа РДТ, и чем RTD отличаются от термопар.

Прежде чем мы погрузимся, давайте посмотрим на пример схемы приложения, чтобы лучше понять основы RTD.

Пример схемы приложения RTD

RTD — это пассивные устройства, которые не генерируют выходной сигнал самостоятельно.. Фигура 1 показывает упрощенную схему применения RTD.

Принципиальная схема примера приложения RTD.jpeg

Фигура 1. Пример схемы применения RTD.

Ток возбуждения I1 проходит через зависящее от температуры сопротивление датчика.. Это создает сигнал напряжения, пропорциональный току возбуждения и сопротивлению RTD.. Затем напряжение на RTD усиливается и отправляется на АЦП. (аналого-цифровой преобразователь) для создания цифрового выходного кода, который можно использовать для расчета температуры RTD.

Компромиссы использования датчиков RTD – преимущества и недостатки датчиков RTD

Прежде чем мы погрузимся, Важно отметить, что детали формирования сигнала RTD будут рассмотрены в следующей статье.. Для этой статьи, Я хочу выделить некоторые основные компромиссы при использовании схем RTD..

Первый, Обратите внимание, что ток возбуждения обычно ограничивается примерно 1 мА для минимизации эффектов самонагревания. Когда ток возбуждения протекает через RTD, он генерирует I2R или джоулевый нагрев. Эффекты самонагрева могут повысить температуру датчика до значений, превышающих температуру окружающей среды, которая фактически измеряется.. Уменьшение тока возбуждения может уменьшить эффект самонагрева.. Также стоит отметить, что эффект самонагрева зависит от среды, в которую погружен РДТ.. Например, RTD, помещенный в неподвижный воздух, может испытывать более значительный эффект самонагревания, чем RTD, погруженный в проточную воду..

Для данного обнаруживаемого изменения температуры, изменение напряжения RTD должно быть достаточно большим, чтобы преодолеть системный шум, а также смещения и дрейфы различных параметров системы.. Поскольку саморазогрев ограничивает ток возбуждения, нам нужно использовать RTD с достаточно большим сопротивлением, тем самым генерируя большое напряжение для последующего блока обработки сигналов.. Хотя большое сопротивление RTD желательно для уменьшения ошибок измерения., мы не можем произвольно увеличивать сопротивление, поскольку большее сопротивление RTD приводит к более медленному времени отклика..

РТД Металлы: Различия между платиной, Золото, и медные термометры сопротивления

В теории, Для изготовления РДТ можно использовать любой металл.. Первый RTD, изобретенный CW Siemens в 1860 использовал медный провод. Однако, Вскоре компания Siemens обнаружила, что платиновые термометры сопротивления дают более точные результаты в более широком диапазоне температур..

Сегодня, платиновые термометры сопротивления являются наиболее широко используемыми датчиками температуры для точного измерения температуры.. Платина имеет линейную зависимость сопротивления от температуры и имеет высокую повторяемость в широком диапазоне температур.. Кроме того, платина не вступает в реакцию с большинством загрязняющих газов в воздухе..

Помимо платины, два других распространенных материала RTD — никель и медь.. Стол 1 предоставляет температурные коэффициенты и относительную проводимость некоторых распространенных металлов RTD..

Высокотемпературный платиновый датчик термосопротивления Pt100, взрывозащищенный

ВЗП-130 231 Платинорезисторный датчик температуры PT100 из нержавеющей стали

Терморезистор pt100, датчик температуры подшипников

Стол 1. Температурные коэффициенты и относительная проводимость обычных металлов RTD. Данные предоставлены БАПИ

В предыдущем разделе, мы обсудили, как большее сопротивление RTD может уменьшить ошибки измерения. Медь имеет более высокую проводимость (или эквивалентно, более низкое сопротивление) чем платина и никель. Для заданного размера датчика и тока возбуждения, медный RTD может производить относительно небольшое напряжение. Поэтому, Медные термометры сопротивления могут быть более сложными для измерения небольших изменений температуры.. Кроме того, медь окисляется при более высоких температурах, поэтому диапазон измерения также ограничен -200 к +260 °С. Несмотря на эти ограничения, медь до сих пор используется в некоторых приложениях из-за ее линейности и низкой стоимости.. Как показано на рисунке 2 ниже, из трех распространенных металлов RTD, медь имеет наиболее линейную характеристику сопротивления-температуры.

Сопротивление против. Температурные характеристики никеля, Медь, и платиновые RTD.jpeg

Фигура 2. Сопротивление против. температурные характеристики никеля, медь, и платиновые RTD. Изображение предоставлено TE Connectivity

Золото и серебро также имеют относительно низкое сопротивление и редко используются в качестве элементов RTD.. Никель имеет проводимость, близкую к платине.. Как видно на рисунке 2, никель обеспечивает изменение сопротивления при заданном изменении температуры.

Однако, никель предлагает более низкий температурный диапазон, большая нелинейность, и больший долгосрочный дрейф, чем у платины. Кроме того, Сопротивление никеля варьируется от партии к партии. Из-за этих ограничений, никель используется в основном в недорогих приложениях, таких как потребительские товары..

Распространенными платиновыми термометрами сопротивления являются Pt100 и Pt1000.. Эти названия описывают тип металла, использованного в конструкции датчика. (платина или Pt) и номинальное сопротивление при 0 °С, который есть 100 Ом для Pt100 и 1000 Ом для типов Pt100 и Pt1000, соответственно. Раньше типы Pt100 были более популярны.; однако, сегодня наблюдается тенденция к более высокому сопротивлению RTD., поскольку более высокое сопротивление обеспечивает большую чувствительность и разрешение при небольших дополнительных затратах или вообще без них.. В термометрах сопротивления, изготовленных из меди и никеля, используются аналогичные соглашения об именах.. Стол 2 перечисляет некоторые распространенные типы.

Стол 2. Типы РДД, материалы, и температурные диапазоны. Данные предоставлены Analog Devices

Помимо типа используемого металла, механическая конструкция термометра сопротивления также влияет на производительность датчика.. РДТ можно разделить на два основных типа.: тонкая пленка и проволочная обмотка. Эти два типа будут обсуждаться в следующих разделах..

Тонкая пленка против. РДТ с проволочной обмоткой

Для дальнейшего обсуждения RTD, давайте рассмотрим два типа: тонкая пленка и проволочная обмотка.

Основы RTD для тонких пленок

Структура тонкопленочного дисплея RTD.jpeg

Структура тонкопленочного типа показана на рисунке. 3(а).

Фигура 3. Примеры тонкопленочных термометров сопротивления, где (а) показывает структуру и (б) показывает различные общие типы. Изображение (модифицированный) любезно предоставлено Evosensors

В тонкой пленке RTD, тонкий слой платины наносится на керамическую подложку. За этим следует очень высокотемпературный отжиг и стабилизация., и тонкий защитный слой стекла, покрывающий весь элемент. Область обрезки показана на рисунке. 3(а) используется для регулировки изготовленного сопротивления до заданного целевого значения.

Тонкопленочные термометры сопротивления основаны на относительно новой технологии, которая значительно сокращает время сборки и производственные затраты.. По сравнению с проволочным типом, которые мы подробно рассмотрим в следующем разделе, Тонкопленочные термометры сопротивления более устойчивы к повреждениям от ударов или вибрации.. Кроме того, тонкопленочные RTD могут выдерживать большие сопротивления на относительно небольшой площади.. Например, а 1.6 мм на 2.6 Датчик мм обеспечивает достаточную площадь для создания сопротивления 1000 Ой. Из-за их небольшого размера, тонкопленочные RTD могут быстро реагировать на изменения температуры. Эти устройства подходят для многих приложений общего назначения.. Недостатками этого типа являются относительно плохая долговременная стабильность и узкий температурный диапазон..

РДТ с проволочной обмоткой

Конструкция РДТ с проволочной обмоткой

Фигура 4. Обзор конструкции базового термометра сопротивления с проволочной обмоткой. Изображение предоставлено PR Electronics

Этот тип RTD изготавливается путем намотки платины на керамический или стеклянный сердечник.. Весь элемент обычно заключен в керамическую или стеклянную трубку в целях защиты.. Термометры сопротивления с керамическими сердечниками подходят для измерения очень высоких температур.. RTD с проволочной обмоткой обычно более точны, чем тонкопленочные.. Однако, они дороже и их легче повредить вибрацией..

Чтобы свести к минимуму любую нагрузку на платиновую проволоку., коэффициент теплового расширения материала, используемого в конструкции датчика, должен соответствовать коэффициенту теплового расширения платины.. Идентичные коэффициенты теплового расширения минимизируют изменения сопротивления, вызванные длительным напряжением в элементе RTD., тем самым улучшая повторяемость и стабильность датчика.

РТД против. Свойства термопары

Подведем итоги разговора о датчиках температуры RTD., вот краткое сравнение между датчиками RTD и термопарами.

Термопара вырабатывает напряжение, пропорциональное разнице температур между двумя ее спаями.. Термопары имеют автономный источник питания и не требуют внешнего возбуждения., тогда как измерения температуры на основе RTD требуют тока или напряжения возбуждения. Выход термопары определяет разницу температур между холодным и горячим спаем., поэтому компенсация холодного спая требуется в термопарах.. С другой стороны, компенсация холодного спая не требуется для приложений RTD, что приводит к более простой системе измерения.

Термопары обычно используются в -184 ° C до 2300 Диапазон °С, в то время как RTD могут измерять от -200 ° C до +850 °С. Хотя RTD обычно более точны, чем термопары., они примерно в два-три раза дороже термопар. Еще одно отличие заключается в том, что термометры сопротивления более линейны, чем термопары, и демонстрируют превосходную долговременную стабильность.. С термопарами, химические изменения в материале датчика могут снизить долговременную стабильность и вызвать дрейф показаний датчика..