Шта је РТД сензор за детекцију температуре термалног отпорника??

Отпорни температурни детектори или РТД могу бити једноставни типови температурних сензора. Ови уређаји раде на принципу да се отпор метала мења са температуром. Чисти метали углавном имају позитиван температурни коефицијент отпорности, што значи да њихов отпор расте са порастом температуре. РТД раде у широком температурном опсегу од -200 °Ц до +850 °Ц и нуде високу прецизност, одлична дугорочна стабилност, и поновљивост.

МАКС31865 РТД платинасти детектор температуре отпорности ПТ100 & ПТ1000

РТД ПТ100 предајник температуре ДЦ24В минус 50 ~ 100 степен

РТД Пт100 сонда температурног сензора за пећницу

У овом чланку, разговараћемо о компромисима коришћења РТД-а, метали који се користе у њима, две врсте РТД-а, и како се РТД упоређују са термопаровима.

Пре него што заронимо, хајде да погледамо пример дијаграма апликације да бисмо боље разумели основе РТД-а.

Пример дијаграма примене РТД

РТД су пасивни уређаји који сами не генеришу излазни сигнал. Слика 1 приказује поједностављени дијаграм примене РТД.

Шема кола за пример примене РТД.јпег

Слика 1. Пример дијаграма примене РТД.

Струја побуде И1 пролази кроз температурно зависни отпор сензора. Ово производи сигнал напона који је пропорционалан струји побуде и отпору РТД-а. Напон на РТД-у се затим појачава и шаље у АДЦ (аналогно-дигитални претварач) да произведе дигитални излазни код који се може користити за израчунавање РТД температуре.

Компромиси коришћења РТД сензора – предности и недостаци РТД сензора

Пре него што заронимо, важно је напоменути да ће детаљи кондиционирања РТД сигнала бити покривени у наредном чланку. За овај чланак, Желим да истакнем неке основне компромисе када се користе РТД кола.

Прво, имајте на уму да је струја побуде обично ограничена на око 1 мА да би се минимизирали ефекти самозагревања. Када струја побуде протиче кроз РТД, генерише И2Р или Јоуле грејање. Ефекти самозагревања могу подићи температуру сензора на вредности изнад температуре околине која се стварно мери. Смањење струје побуде може смањити ефекат самозагревања. Такође је вредно напоменути да ефекат самозагревања зависи од медијума у ​​који је РТД уроњен. На пример, РТД постављен у миран ваздух може имати значајније ефекте самозагревања него РТД уроњен у текућу воду.

За дату промену температуре која се може детектовати, промена РТД напона треба да буде довољно велика да превазиђе системску буку, као и помаке и помаке различитих параметара система. Пошто самозагревање ограничава струју побуде, морамо да користимо РТД са довољно великим отпором, чиме се генерише велики напон за блок за обраду сигнала низводно. Док је велики отпор РТД пожељан да би се смањиле грешке мерења, не можемо произвољно повећати отпор јер већи отпор РТД резултује споријим временом одзива.

РТД Металс: Разлике између платине, Злато, и бакарни РТД

У теорији, било која врста метала се може користити за израду РТД-а. Први РТД који је изумео ЦВ Сиеменс у 1860 користио бакарну жицу. Међутим, Сиеменс је убрзо открио да платинасти РТД-ови дају тачније резултате у ширем температурном опсегу.

данас, платинасти РТД су најчешће коришћени температурни сензори за прецизно мерење температуре. Платина има линеарну везу отпор-температура и веома је поновљива у великом температурном опсегу. Додатно, платина не реагује са већином загађујућих гасова у ваздуху.

Поред платине, два друга уобичајена РТД материјала су никл и бакар. Табле 1 даје температурне коефицијенте и релативну проводљивост неких уобичајених РТД метала.

Високотемпературни Пт100 платинасти сензор топлотне отпорности отпоран на експлозију

ВЗП-130 231 ПТ100 температурни сензор отпорности на платину од нерђајућег челика

Термички отпорник пт100 сензор температуре за лежајеве

Табле 1. Температурни коефицијенти и релативна проводљивост уобичајених РТД метала. Подаци које је обезбедио БАПИ

У претходном одељку, расправљали смо о томе како већи отпор РТД-а може смањити грешке мерења. Бакар има већу проводљивост (или еквивалентно, мањи отпор) него платине и никла. За дату величину сензора и струју побуде, бакарни РТД може произвести релативно мали напон. Стога, бакарни РТД могу бити изазовнији за мерење малих температурних промена. Додатно, бакар оксидира на вишим температурама, па је и опсег мерења ограничен на -200 до +260 ° Ц. Упркос овим ограничењима, бакар се још увек користи у неким апликацијама због своје линеарности и ниске цене. Као што је приказано на слици 2 испод, од три уобичајена РТД метала, бакар има најлинеарнију отпорност-температурну карактеристику.

Отпор вс. Температурне карактеристике никла, Бакар, и платинасти РТДс.јпег

Слика 2. Отпор вс. температурне карактеристике никла, бакар, и платинасти РТД. Слика љубазношћу ТЕ Цоннецтивити

Злато и сребро такође имају релативно низак отпор и ретко се користе као РТД елементи. Никл има проводљивост близу платине. Као што се може видети на слици 2, никл нуди промену отпора за дату промену температуре.

Међутим, никл нуди нижи температурни опсег, већа нелинеарност, и већи дугорочни помак од платине. Додатно, Отпорност никла варира од серије до серије. Због ових ограничења, никл се првенствено користи у јефтиним апликацијама као што су производи широке потрошње.

Уобичајени платинасти РТД су Пт100 и Пт1000. Ови називи описују врсту метала који се користи у конструкцији сензора (платина или Пт) и номинални отпор на 0 ° Ц, који је 100 Ω за Пт100 и 1000 Ω за типове Пт100 и Пт1000, односно. Пт100 типови су били популарнији у прошлости; међутим, данас је тренд ка РТД-овима веће отпорности, пошто већи отпор обезбеђује већу осетљивост и резолуцију уз мале или никакве додатне трошкове. РТД направљени од бакра и никла користе сличне конвенције именовања. Табле 2 наводи неке уобичајене типове.

Табле 2. РТД типови, материјала, и температурних опсега. Подаци које обезбеђује Аналог Девицес

Поред врсте метала који се користи, механичка структура РТД-а такође утиче на перформансе сензора. РТД се могу поделити у два основна типа: танког филма и намотане жице. Ове две врсте ће бити разматране у наредним одељцима.

Танки филм вс. Виревоунд РТДс

Да бисмо продужили нашу дискусију о РТД-овима, хајде да истражимо две врсте: танког филма и намотане жице.

Основе танкослојног РТД-а

Тхин Филм РТД Дисплаи Струцтуре.јпег

Структура типа танког филма је приказана на слици 3(а).

Слика 3. Примери танкослојних РТД, где (а) приказује структуру и (б) приказује различите укупне типове. Слика (модификовано) љубазношћу Евосензора

У танком филму РТД, танак слој платине наноси се на керамичку подлогу. Након тога следи жарење и стабилизација на веома високим температурама, и танак заштитни стаклени слој који покрива цео елемент. Подручје сечења приказано на слици 3(а) се користи за подешавање произведеног отпора на одређену циљну вредност.

Танкослојни РТД се ослањају на релативно нову технологију која значајно смањује време монтаже и трошкове производње. У поређењу са жичаним типом, које ћемо детаљно истражити у следећем одељку, танкослојни РТД су отпорнији на оштећења услед удара или вибрација. Додатно, танкослојни РТД могу да поднесу велике отпоре на релативно малој површини. На пример, а 1.6 мм по 2.6 мм сензор пружа довољно површине за производњу отпора 1000 Ох. Због њихове мале величине, танкослојни РТД могу брзо да реагују на промене температуре. Ови уређаји су погодни за многе апликације опште намене. Недостаци овог типа су релативно лоша дугорочна стабилност и узак температурни опсег.

Виревоунд РТДс

Изградња жичаног РТД-а

Слика 4. Преглед конструкције основног жичаног РТД-а. Слика љубазношћу ПР Елецтроницс

Овај тип РТД-а се прави намотавањем дужине платине око керамичког или стакленог језгра. Цео елемент је обично затворен у керамичку или стаклену цев ради заштите. РТД са керамичким језгром су погодни за мерење веома високих температура. Жичани РТД су генерално прецизнији од типова танког филма. Међутим, скупљи су и лакше се оштећују од вибрација.

Да би се смањило оптерећење платинасте жице, коефицијент термичке експанзије материјала који се користи у конструкцији сензора треба да одговара коефицијенту платине. Идентични коефицијенти термичке експанзије минимизирају промене отпора узроковане дуготрајним напрезањем у РТД елементу, чиме се побољшава поновљивост и стабилност сензора.

РТД вс. Тхермоцоупле Пропертиес

Да завршимо овај разговор о РТД сензорима температуре, ево кратког поређења између РТД и термоелементних сензора.

Термопар производи напон који је пропорционалан температурној разлици између његова два споја. Термопарови су самонапајани и не захтевају спољашњу побуду, док мерења температуре заснована на РТД захтевају побудну струју или напон. Излаз термоелемента одређује температурну разлику између хладног и топлог споја, тако да је компензација хладног споја потребна у примени термоелемената. С друге стране, компензација хладног споја није потребна за РТД апликације, што резултира једноставнијим системом мерења.

Термопарови се обично користе у -184 °Ц до 2300 °Ц опсег, док РТД могу мерити од -200 °Ц до +850 ° Ц. Иако су РТД-ови генерално тачнији од термопарова, они су отприлике два до три пута скупљи од термопарова. Друга разлика је у томе што су РТД-ови линеарнији од термопарова и показују супериорну дугорочну стабилност. Са термопаровима, хемијске промене у материјалу сензора могу смањити дугорочну стабилност и узроковати померање очитавања сензора.