Lage en RTD temperaturmåler krets

I dette innlegget lærer vi å lage en RTD temperaturmålerkrets, og lærer også om forskjellige RTDer og deres arbeidsprinsipper gjennom formler.

Hva er en RTD

En RTD- eller motstandstemperaturdetektor fungerer ved å oppdage forskjellen eller øke motstanden til sensormetallet når det utsettes for varme.

Denne endringen i temperaturen til elementet som er direkte proporsjonal med varmen, gir en direkte avlesning av de påførte temperaturnivåene.

Artikkelen forklarer hvordan rtds fungerer og også hvordan du lager en enkel sensortemperatur med høy temperatur ved hjelp av en hjemmelaget RTD-enhet.

En direkte avlesning i form av varierende motstandsverdier kan oppnås ved å varme opp en vanlig 'varmespiral' eller et 'jern' -element.

Motstanden tilsvarer direkte den utsatte varmen, tilsvarer den påførte varmen og blir målbar over en vanlig digital ohm-måler. Lære mer.

Hvordan RTD temperaturmålere fungerer

Alle metaller har denne grunnleggende egenskapen til felles, det vil si at de alle endrer motstanden eller ledningsgraden som svar på varme eller stigende temperaturer. Motstanden til et metall øker etter hvert som det blir oppvarmet og omvendt. Denne egenskapen til metaller utnyttes i RTD.

Ovennevnte variasjon i metallets motstand er åpenbart relatert til elektrisk strøm og betyr at hvis strøm føres gjennom et metall som blir utsatt for en viss temperaturendring, vil det gi tilsvarende motstandsnivåer mot den påførte strømmen.

Strømmen varierer derfor også proporsjonalt med metallets varierende motstand. Denne variasjonen i strømutgangen leses direkte over en passende kalibrert måler. Slik fungerer i utgangspunktet en RTD-temperaturmåler som en termisk sensor eller svinger.

RTD-er spesifiseres ofte ved 100 ohm, noe som betyr at elementet skal vise motstand på 100 ohm ved null grader Celsius.

RTD-er består vanligvis av edelt metall Platinum på grunn av dets utmerkede metalliske egenskaper som inertitet mot kjemikalier, god lineær respons på temperatur versus motstandsgradient, stor motstandstemperaturkoeffisient, som gir større måleområde og stabilitet (evne til å holde temperaturer og begrense plutselig forandring).

Hoveddeler av en RTD

Ovenstående figur av en enkel RTD-temperaturmåler viser den grunnleggende utformingen av en standard RTD-enhet. Det er en enkel type termisk svinger som består av følgende hovedkomponenter:

En ytre kapsling, som består av noe varmebestandig materiale som glass eller metall og forseglet utvendig.

Det ovennevnte foringsrøret omslutter en tynn metalltråd som brukes som varmedetekterende element.

Elementet avsluttes gjennom to eksterne fleksible ledninger som fungerer som strømkilden for svingeren eller det lukkede metallelementet.

Ledningselementet er nøyaktig innstilt i kabinettet slik at det er proporsjonalt fordelt over hele kabinettet.

Hva er motstand

Det grunnleggende arbeidsprinsippet for RTD er basert på det faktum at de fleste ledere viser en lineær variasjon i deres grunnleggende karakteristikk (konduktans eller motstand) når de utsettes for varierende temperaturer.

Nettopp det er metallets resistivitet som endres betydelig som svar på varierende temperaturer.

Denne variasjonen i resistiviteten til et metall som tilsvarer de påførte temperaturendringene blir betegnet som motstandstemperaturkoeffisient eller alfa og uttrykkes gjennom følgende formel:

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

hvor rho er resistiviteten til elementet eller trådmetallet som brukes, er R dets motstand i ohm med en spesifisert konfigurasjon.

Hvordan beregne motstand

Ovennevnte formel kan brukes videre for å bestemme temperaturen til et ukjent system gjennom det generelle uttrykket for R som gitt i følgende ligning:

R = R (0) + alfa (0 grad + Tx), hvor R (0) er sensorens motstand ved null grader Celsius og Tx er temperaturen til elementet.

Ovennevnte uttrykk kan forenkles og skrives som:

Tx = {R - R (0)} / alfa Derfor, når R = R (0), er Tx = 0 grader Celsius, eller når R> R (0), Tx> null grad Celsius, men ved R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Det vil være viktig å merke seg at for å oppnå pålitelige resultater mens du bruker RTD, må den påførte temperaturen være jevnt fordelt over hele lengden på sensorelementet. Hvis du ikke gjør det, kan det føre til unøyaktige og inkonsekvente målinger ved utgangen.

Typer RTD

Ovennevnte forklarte forhold refererte til funksjonen til en to-leder type grunnleggende RTD, men på grunn av mange praktiske begrensninger er en to-leder RTD aldri nøyaktig.
For å gjøre enhetene mer nøyaktige, er det vanligvis innarbeidet ytterligere kretser i form av en hvetesteinsbro.
Disse RTD-ene kan klassifiseres som 3-leder og 4-leder typer.

Three Wire RTD: Diagrammet viser en typisk 3-wire RTD-tilkobling. Her flyter målestrømmen gjennom L1 og L3 mens L3 oppfører seg akkurat som en av potensielle ledere.

Så lenge broen er i balansert tilstand, passerer ingen strøm over L2, men L1 og L3 er i separate armer av hvetesteinsnettverket, motstandene blir opphevet og antar en høy impedans over Eo, også motstand mellom L2 og L3 holdes på identiske verdier.

Parameteren sikrer bruk av maksimalt 100 meter ledning som skal avsluttes fra sensoren opp til mottakerkretsen, og likevel holder nøyaktigheten innenfor 5% av toleransenivået.

Four Wire RTD: Four wire RTD er sannsynligvis den mest effektive teknikken for å produsere nøyaktige resultater, selv når den faktiske rtd er plassert langt unna avstanden fra skjermen.

Metoden avbryter alle avvik fra ledningstrådene for å gi ekstremt nøyaktige målinger. Operasjonsprinsippet er basert på å tilføre en konstant strøm gjennom RTD og måle spenningen over den gjennom en måleinnretning med høy impedans.

Metoden eliminerer inkluderingen av et bronettverk og gir likevel mye troverdige utganger. Figuren viser et typisk firetråds RTD-ledningsoppsett her, en nøyaktig dimensjonert konstant strøm avledet fra en passende kilde påføres gjennom L1, L4 og RTD.

Et proporsjonalt resultat blir direkte tilgjengelig over RTD gjennom L2 og L3 og kan måles med DVM med høy impedans, uavhengig av avstanden fra sensorelementet. Her blir L1, L2, L3 og L4, som er ledningens motstand, ubetydelige verdier som ikke har noen innflytelse på de faktiske målingene.

Hvordan lage en hjemmelaget RTD høy temperatur sensor

En sensorenhet med høy temperatur kan utformes ved å bruke et vanlig 'varmeelement' som en varmespiral eller et 'jern' -element. Operasjonsprinsippet er basert på de ovennevnte diskusjonene.

Tilkoblingene er enkle og trenger bare å konstrueres som vist i følgende DIAGRAM.