Skapa en RTD-temperaturmätarkrets

I det här inlägget lär vi oss att skapa en RTD-temperaturmätarkrets och lär oss också om olika RTD och deras arbetsprinciper genom formler.

Vad är en RTD

En RTD- eller motståndstemperaturdetektor fungerar genom att detektera skillnaden eller öka motståndet hos sensormetallen när den utsätts för värme.

Denna förändring i temperaturen hos elementet som är direkt proportionell mot värmen ger en direkt avläsning av de applicerade temperaturnivåerna.

Artikeln förklarar hur rtds fungerar och hur man gör en enkel högtemperatursensorkrets med en hemlagad RTD-enhet.

En direkt avläsning i form av varierande motståndsvärden kan erhållas genom att värma en vanlig 'värmespole' eller ett 'järn' -element.

Motståndet är direkt ekvivalent med den utsatta värmen, motsvarar den tillförda värmen och blir mätbar över en vanlig digital Ohm-mätare. Läs mer.

Hur RTD-temperaturmätare fungerar

Alla metaller har denna grundläggande egenskap gemensamt, det vill säga att de alla ändrar deras motstånd eller ledningsgrad som svar på värme eller stigande temperaturer. Motståndet hos en metall ökar när den värms upp och tvärtom. Denna egenskap hos metaller utnyttjas i RTD.

Ovanstående variation i metallens motstånd är uppenbarligen relaterad till elektrisk ström och innebär att om ström passerar genom en metall som utsätts för viss temperaturförändring kommer att erbjuda motsvarande motståndsnivåer mot den applicerade strömmen.

Strömmen varierar därför också proportionellt med metallens varierande motstånd, denna variation i strömutgången läses direkt över en lämpligt kalibrerad mätare. Så här fungerar i princip en RTD-temperaturmätare som en termisk sensor eller omvandlare.

RTD: er specificeras vanligtvis vid 100 ohm, vilket innebär att elementet ska visa motstånd på 100 ohm vid noll grad Celsius.

RTD: er består i allmänhet av ädelmetallen Platinum på grund av dess utmärkta metalliska egenskaper som inertitet mot kemikalier, god linjär respons på temperatur kontra motståndsgradient, stor motståndstemperaturkoefficient, vilket ger större mätområde och stabilitet (förmåga att hålla temperaturer och begränsa plötslig förändring).

Huvuddelar av en RTD

Ovanstående bild av en enkel RTD-temperaturmätare visar den grundläggande utformningen av en standard RTD-enhet. Det är en enkel typ av termisk givare som består av följande huvudkomponenter:

Ett yttre hölje, som består av något värmebeständigt material som glas eller metall och förseglas utvändigt.

Ovanstående hölje omsluter en tunn metalltråd som används som värmeavkänningselement.

Elementet avslutas genom två externa flexibla ledningar som fungerar som strömkällan för givaren eller det slutna metallelementet.

Trådelementet är exakt inställt inuti höljet så att det är proportionellt fördelat över hela höljets längd.

Vad är resistivitet?

Den grundläggande arbetsprincipen för RTD: er baseras på det faktum att de flesta ledare visar en linjär variation i deras grundläggande egenskaper (konduktans eller motstånd), när de utsätts för varierande temperaturer.

Det är just metallens resistivitet som förändras avsevärt som svar på olika temperaturer.

Denna variation i resistiviteten hos en metall som motsvarar de applicerade temperaturändringarna kallas som motståndstemperaturkoefficient eller alfa och uttrycks genom följande formel:

alfa = d (rho) / dT = dR / dT ohm / oC (1)

där rho är resistiviteten hos elementet eller den använda trådmetallen, är R dess motstånd i Ohms med en specificerad konfiguration.

Hur man beräknar resistivitet

Ovanstående formel kan vidare tillämpas för att bestämma temperaturen i ett okänt system genom det allmänna uttrycket av R såsom ges i följande ekvation:

R = R (0) + alfa (0 grader + Tx), där R (0) är sensorns motstånd vid noll grad Celsius och Tx är elementets temperatur.

Ovanstående uttryck kan förenklas och skrivas som:

Tx = {R - R (0)} / alfa Därför, när R = R (0) är Tx = 0 grader Celsius, eller när R> R (0), Tx> noll grad Celsius, dock vid R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Det är viktigt att notera att, för att uppnå tillförlitliga resultat under användning av RTD: er, måste den applicerade temperaturen fördelas jämnt över hela avkänningselementets längd, om det inte görs kan det resultera i felaktiga och inkonsekventa avläsningar vid utgången.

Typer av RTD

De ovan förklarade förhållandena hänvisade till funktionen av en två-tråds typ RTD, men på grund av många praktiska begränsningar är en två-tråds RTD aldrig exakt.
För att göra enheterna mer exakta ingår normalt ytterligare kretsar i form av en vetestensbro.
Dessa RTD: er kan klassificeras som tre- och 4-trådstyperna.

Three Wire RTD: Diagrammet visar typiska 3-wire RTD-anslutningar. Här strömmar mätströmmen genom L1 och L3 medan L3 beter sig precis som en av de potentiella ledningarna.

Så länge bron är i balanserat skick passerar ingen ström över L2, dock är L1 och L3 i separata armar av vetestensnätet, motstånden blir ogiltiga och antar en hög impedans över Eo, också hålls motstånd mellan L2 och L3 vid identiska värden.

Parametern säkerställer användningen av maximalt 100 meter tråd som ska avslutas från sensorn upp till mottagarkretsen och ändå hålla noggrannheten inom 5% av toleransnivåerna.

Fyrtråds RTD: Fyrtråds RTD är förmodligen den mest effektiva tekniken för att producera exakta resultat även när den faktiska rtd är placerad på långt avstånd från bildskärmen.

Metoden avbryter alla avvikelser i ledningstrådarna för att ge extremt exakta avläsningar. Funktionsprincipen är baserad på att tillföra en konstant ström genom RTD och att mäta spänningen över den genom en mätanordning med hög impedans.

Metoden eliminerar införandet av ett bryggnätverk och ger ändå mycket trovärdiga utdata. Figuren visar en typisk fyrtråds RTD-ledningslayout här appliceras en exakt dimensionerad konstant ström härrörande från en lämplig källa via L1, L4 och RTD.

Ett proportionellt resultat blir direkt tillgängligt över RTD till L2 och L3 och kan mätas med DVM med hög impedans, oberoende av dess avstånd från avkänningselementet. Här blir L1, L2, L3 och L4, som är trådarnas motstånd, obetydliga värden som inte har något inflytande på de faktiska avläsningarna.

Hur man gör en hemlagad RTD högtemperatursensor

En sensornhet med hög temperatur kan utformas med hjälp av ett vanligt 'värmeelement' som en värmespole eller ett 'järn' -element. Funktionsprincipen baseras på ovanstående diskussioner.

Anslutningarna är enkla och behöver bara konstrueras som visas i följande DIAGRAM.