Izrada RTD kruga za mjerenje temperature

U ovom postu učimo izradu kruga RTD mjerača temperature, a također kroz formule učimo o različitim RTD-ima i njihovim principima rada.

Što je RTD

RTD ili detektor temperature otpora djeluje otkrivanjem razlike ili povećanja otpora metala senzora kada je podvrgnut toplini.

Ova promjena temperature elementa koja je izravno proporcionalna toplini omogućuje izravno očitavanje primijenjenih razina temperature.

Članak objašnjava kako RTDS radi, kao i kako napraviti jednostavni krug osjetnika visoke temperature pomoću domaćeg RTD uređaja.

Izravno očitanje u obliku različitih vrijednosti otpora može se dobiti zagrijavanjem obične 'zavojnice grijača' ili 'željeznog' elementa.

Otpor koji je izravno jednak izloženoj toplini, odgovara primijenjenoj toplini i postaje mjerljiv na uobičajenom digitalnom Ohm brojilu. Saznajte više.

Kako rade RTD mjerači temperature

Svi metali imaju ovo osnovno zajedničko svojstvo, tj. Svi oni mijenjaju svoj otpor ili stupanj vodljivosti kao odgovor na toplinu ili porast temperature. Otpor metala raste kako se zagrijava i obrnuto. Ovo svojstvo metala iskorištava se u RTD-ima.

Gore navedena varijacija otpora metala očito je povezana s električnom strujom i znači da će, ako struja prođe kroz metal koji je podvrgnut nekoj temperaturnoj promjeni, pružiti odgovarajuće razine otpora primijenjenoj struji.

Struja stoga također proporcionalno varira s promjenljivim otporom metala. Ova se promjena u strujnom izlazu očitava izravno na kalibriranom mjeraču. To je način na koji RTD mjerač temperature funkcionira kao toplinski senzor ili pretvarač.

RTD-ovi su obično navedeni na 100 ohma, što znači da bi element trebao pokazivati ​​otpor od 100 ohma na nultoj stupnju Celzijusa.

RTD-ovi se općenito sastoje od plemenitog metala Platinum zbog svojih izvrsnih metalnih karakteristika poput inertnosti na kemikalije, dobrog linearnog odgovora na temperaturu u odnosu na gradijent otpora, velikog koeficijenta temperature otpora, pružajući širi raspon mjerenja i stabilnost (sposobnost zadržavanja temperatura i ograničavanja nagle promjene).

Glavni dijelovi RTD-a

Gornja slika jednostavnog RTD mjerača temperature prikazuje osnovni dizajn standardnog RTD uređaja. To je jednostavna vrsta toplinskog pretvarača koji sadrži sljedeće glavne komponente:

Vanjsko kućište, koje se sastoji od nekog materijala otpornog na toplinu, poput stakla ili metala, i vanjski je zatvoreno.

Gornje kućište zatvara tanku metalnu žicu koja se koristi kao element za otkrivanje topline.

Element je završen kroz dvije vanjske fleksibilne žice koje djeluju kao izvor struje pretvarača ili zatvorenog metalnog elementa.

Žičani je element precizno postavljen unutar kućišta tako da se proporcionalno širi cijelom dužinom kućišta.

Što je otpor

Osnovno načelo rada RTD-a temelji se na činjenici da većina vodiča pokazuje linearnu varijaciju u svojim temeljnim karakteristikama (vodljivost ili otpor) kada su podvrgnuti različitim temperaturama.

Upravo se otpor metala značajno mijenja kao odgovor na različite temperature.

Ova varijacija otpornosti metala koja odgovara primijenjenim promjenama temperature naziva se koeficijentom temperature otpora ili alfa i izražava se sljedećom formulom:

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

gdje je rho otpor upotrebljenog elementa ili žice, R je njegov otpor u ohmima s određenom konfiguracijom.

Kako izračunati otpornost

Gornja se formula može dalje primijeniti za određivanje temperature nepoznatog sustava kroz opći izraz R kako je dan u sljedećoj jednadžbi:

R = R (0) + alfa (0 stupnjeva + Tx), gdje je R (0) otpor senzora na nultoj stupnju Celzijusa, a Tx temperatura elementa.

Gornji izraz može se pojednostaviti i napisati kao:

Tx = {R - R (0)} / alfa Dakle, kada je R = R (0), Tx je = 0 Celzijevih stupnjeva, ili kada je R> R (0), Tx> nula Celzijevih stupnjeva, međutim kod R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Bitno je napomenuti da se za postizanje pouzdanih rezultata tijekom korištenja RTD-a primijenjena temperatura mora ravnomjerno rasporediti po cijeloj duljini osjetnog elementa, u protivnom to može rezultirati netočnim i nedosljednim očitanjima na izlazu.

Vrste RTD-a

Gore objašnjeni uvjeti odnosili su se na funkcioniranje osnovnog RTD-a s dvije žice, no zbog mnogih praktičnih ograničenja dvožični RTD nikada nisu točni.
Da bi uređaji bili precizniji, normalno se ugrađuju dodatni sklopovi u obliku žitnog mosta.
Ti se RTD-ovi mogu klasificirati kao 3-žilni i 4-žilni tipovi.

Trožični RTD: Dijagram prikazuje tipične 3-žične RTD veze. Ovdje mjerna struja prolazi kroz L1 i L3, dok se L3 ponaša baš kao jedan od potencijalnih vodova.

Sve dok je most u uravnoteženom stanju, struja ne prolazi kroz L2, međutim L1 i L3 su u odvojenim krakovima žitne mreže, otpori se poništavaju i poprimaju visoku impedansu preko Eo, a održavaju se i otpori između L2 i L3 na identičnim vrijednostima.

Parametar osigurava upotrebu najviše 100 metara žice koja treba završiti od senzora do prihvatnog kruga, a pritom zadržati točnost unutar 5% razine tolerancije.

Četverožični RTD: Četverožični RTD vjerojatno je najučinkovitija tehnika za postizanje točnih rezultata čak i kada je stvarni rtd postavljen na udaljene udaljenosti od zaslona monitora.

Metoda uklanja sve razlike u olovnoj žici kako bi se dobila izuzetno točna očitanja. Načelo rada temelji se na opskrbi konstantne struje kroz RTD i mjerenju napona na njemu kroz uređaj za mjerenje visoke impedancije.

Metoda eliminira uključivanje mostovne mreže, a opet pruža mnogo vjerodostojnih rezultata. Slika prikazuje tipični četverožični RTD ožičenje, ovdje se precizno dimenzionirana konstantna struja izvedena iz prikladnog izvora primjenjuje kroz L1, L4 i RTD.

Proporcionalni rezultat postaje izravno dostupan preko RTD-a kroz L2 i L3 i može se izmjeriti s DVM visoke impedancije, bez obzira na njegovu udaljenost od osjetnog elementa. Ovdje L1, L2, L3 i L4, koji su otpori žica, postaju beznačajne vrijednosti koje nemaju utjecaja na stvarna očitanja.

Kako napraviti domaći RTD senzor za visoke temperature

Jedinica senzora za visoku temperaturu može se konstruirati pomoću uobičajenog „grijaćeg elementa“ poput zavojnice grijača ili „željeznog” elementa. Načelo rada temelji se na gornjim raspravama.

Veze su jednostavne i treba ih samo izgraditi kako je prikazano u sljedećem DIJAGRAMU.