Izdelava vezja za merjenje temperature RTD

V tem prispevku se naučimo izdelave vezja merilnika temperature RTD in se s formulami seznanimo tudi z različnimi RTD-ji in njihovimi principi dela.

Kaj je RTD

RTD ali temperaturni detektor odpornosti deluje tako, da zazna razliko ali povečanje odpornosti kovine senzorja, ko je izpostavljena toploti.

Ta sprememba temperature elementa, ki je neposredno sorazmerna s toploto, omogoča neposredno odčitavanje uporabljenih ravni temperature.

V članku je razloženo, kako deluje RTDS in kako narediti preprosto vezje senzorja za visoko temperaturo z uporabo doma narejene naprave RTD.

Neposredno odčitavanje v obliki različnih vrednosti upora lahko dobimo s segrevanjem običajne „grelne tuljave“ ali „železnega“ elementa.

Odpornost, ki je neposredno enaka izpostavljeni toploti, ustreza uporabljeni toploti in postane merljiva z običajnim digitalnim merilnikom Ohm. Nauči se več.

Kako delujejo merilniki temperature RTD

Vsem kovinam je skupna ta temeljna lastnost, to je, da vse spremenijo svoj upor ali stopnjo prevodnosti kot odziv na vročino ali naraščajoče temperature. Odpornost kovine se poveča, ko se segreje in obratno. Ta lastnost kovin se izkorišča v RTR.

Zgornja sprememba odpornosti kovine je očitno povezana z električnim tokom in pomeni, da če tok teče skozi kovino, ki je izpostavljena nekaterim temperaturnim spremembam, bo ponudil ustrezne ravni odpornosti na uporabljeni tok.

Tudi tok se zato spreminja sorazmerno z različno odpornostjo kovine. Ta sprememba v izhodnem toku se odčita neposredno preko ustrezno kalibriranega števca. Tako v bistvu RTD merilnik temperature deluje kot toplotni senzor ali pretvornik.

RTD-ji so običajno določeni pri 100 ohmih, kar pomeni, da mora element pokazati odpornost 100 ohmov pri nič stopinjah Celzija.

RTD so praviloma sestavljeni iz plemenite kovine Platinum zaradi svojih odličnih kovinskih lastnosti, kot so inertnost do kemikalij, dober linearni odziv na temperaturo v primerjavi z uporovnim gradientom, velik koeficient odpornosti temperature, ki zagotavlja širši obseg meritev in stabilnost (sposobnost zadrževanja temperatur in omejevanja nenadna sprememba).

Glavni deli RTD

Zgornja slika preprostega RTD merilnika temperature prikazuje osnovno zasnovo standardne RTD naprave. To je preprost tip toplotnega pretvornika, ki vsebuje naslednje glavne sestavne dele:

Zunanje ohišje, ki je sestavljeno iz nekaterih toplotno odpornih materialov, kot so steklo ali kovina, in je tesno zaprto.

Zgornje ohišje zajema tanko kovinsko žico, ki se uporablja kot element za zaznavanje toplote.

Element je zaključen z dvema zunanjima gibkima žicama, ki delujejo kot vir toka pretvornika ali zaprtega kovinskega elementa.

Žični element je natančno nastavljen znotraj ohišja, tako da je sorazmerno razporejen po celotni dolžini ohišja.

Kaj je upornost

Osnovno načelo delovanja RTD temelji na dejstvu, da ima večina vodnikov linearne razlike v svoji temeljni značilnosti (prevodnost ali upor), kadar so izpostavljeni različnim temperaturam.

Ravno upor kovine se bistveno spremeni kot odziv na različne temperature.

Ta sprememba upornosti kovine, ki ustreza uporabljenim temperaturnim spremembam, se imenuje temperaturni koeficient upora ali alfa in se izrazi z naslednjo formulo:

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

kjer je rho upornost uporabljenega elementa ali žične kovine, je R njegova odpornost v ohmih z določeno konfiguracijo.

Kako izračunati upornost

Zgornjo formulo lahko nadalje uporabimo za določanje temperature neznanega sistema s splošnim izrazom R, kot je podan v naslednji enačbi:

R = R (0) + alfa (0 stopinj + Tx), kjer je R (0) upor senzorja pri ničelni stopinji Celzija, Tx pa temperatura elementa.

Zgornji izraz lahko poenostavimo in zapišemo kot:

Tx = {R - R (0)} / alfa Torej, kadar je R = R (0), je Tx = 0 stopinj Celzija ali kadar je R> R (0), Tx> nič stopinja Celzija, vendar pri R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Pomembno je opozoriti, da je treba za doseganje zanesljivih rezultatov med uporabo RTD uporabljeno temperaturo enakomerno porazdeliti po celotni dolžini zaznavnega elementa, v nasprotnem primeru lahko pride do netočnih in neskladnih odčitkov na izhodu.

Vrste RTR

Zgoraj pojasnjeni pogoji so se nanašali na delovanje dvožičnega osnovnega RTD, vendar zaradi številnih praktičnih omejitev dvožični RTD nikoli ni natančen.
Za natančnejše naprave so običajno vgrajena dodatna vezja v obliki pšeničnega mostu.
Te RTD lahko razvrstimo med 3-žične in 4-žične vrste.

Trižični RTD: diagram prikazuje tipične 3-žične RTD povezave. Tu merilni tok teče skozi L1 in L3, medtem ko se L3 obnaša kot eden od potencialnih vodnikov.

Dokler je most v uravnoteženem stanju, tok skozi L2 ne prehaja, toda L1 in L3 sta v ločenih krakih mreže žitnega kamna, odpori se izničijo in prevzamejo visoko impedanco čez Eo, prav tako obstajajo upori med L2 in L3 pri enakih vrednostih.

Parameter zagotavlja uporabo največ 100 metrov žice, ki mora biti zaključena od senzorja do sprejemnega vezja, hkrati pa ohranja natančnost znotraj 5% tolerančnih ravni.

Štirižični RTD: Štirižični RTD je verjetno najučinkovitejša tehnika za doseganje natančnih rezultatov, tudi če je dejanski rtd postavljen na oddaljene razdalje od zaslona monitorja.

Metoda odpravi vsa neskladja svinčeve žice, da se dosežejo izjemno natančni odčitki. Načelo delovanja temelji na dovajanju konstantnega toka skozi RTD in merjenju napetosti na njem skozi merilno napravo z visoko impedanco.

Metoda odpravlja vključitev mostnega omrežja, a kljub temu zagotavlja veliko verodostojnih rezultatov. Na sliki je prikazana tipična štirižična razporeditev ožičenja RTD, kjer se skozi L1, L4 in RTD uporabi natančno dimenzioniran konstantni tok, ki izhaja iz ustreznega vira.

Sorazmerni rezultat postane neposredno dostopen prek RTD skozi L2 in L3 in ga je mogoče izmeriti z DVM z visoko impedanco, ne glede na njegovo oddaljenost od senzorskega elementa. Tu postanejo L1, L2, L3 in L4, ki so upori žic, nepomembne vrednosti, ki nimajo vpliva na dejanske odčitke.

Kako narediti domač RTD senzor za visoke temperature

Enoto senzorja za visoko temperaturo je mogoče oblikovati z uporabo običajnega „grelnega elementa“, kot je grelna tuljava ali „železni“ element. Načelo delovanja temelji na zgornjih razpravah.

Povezave so preproste in jih je treba samo zgraditi, kot je prikazano v naslednjem DIAGRAMU.