سنسور RTD چیست؟
سنسور RTD مخفف Temperature Detector for Resistance Sensor است که به آن حسگر دما مقاومتی نیز گفته میشود. این سنسور به عنوان دماسنج مقاومتی بین ابزار دقیق نیز شناخته می شود. برای محاسبه دما از این سنسور استفاده می شود. این حسگر ها معمولاً به عنوان یک قطعه سیم با قطر کم ساخته شده از نیکل یا پلاتین مسی در دسترس هستند که به دور یک پوشش از سرامیک یا شیشه پیچیده شده است. برای محاسبه دما، این سنسور از رابطه دما/مقاومت سیم استفاده می کند.
مجموع تغییرات مقدار مقاومت سنسور با درجه ای از تغییر دما را می توان با استفاده از رابطه دما و مقاومت پیدا کرد. در طیف وسیعی از دما، فلز پلاتین دارای رابطه مقاومت و دمای پایداری است. برای نیکل در دمای بالای 3000 درجه سانتیگراد میزان تغییر مقاومت در اثر دما غیرخطی می شود. جنس مواد برای تولید سیم با قطر کم، که در RTD استفاده می شود، بر اساس رفتار آنها در محدوده های دمایی مختلف انتخاب می شوند.
مطالب مرتبط:
کاربرد ابزار دقیق در اتوماسیون صنعتی
روش های اتصال RTD های 2-3-4 سیمه ترانسمیتر های هد مونت دما
تفاوت RTD با ترموکوپل:
سنسور RTD ها ممکن است به روش های مختلفی ساخته شوند و برای پایداری، دقت و تکرارپذیری در برخی شرایط بهتر از ترموکوپل ها هستند. برای راه اندازی، RTD به یک منبع تغذیه نیاز دارد. RTD برخلاف ترموکوپلی که از اثر Seebeck برای تولید ولتاژ بهره میبرد، از مقاومت الکتریکی استفاده می کند.
RTD یک انتخاب محبوب از سنسور های دما است که دما را با استفاده از این اصل که مقاومت یک فلز با دما تغییر می کند اندازه گیری می کند.
اساس کار RTD:
RTD ها بر اساس رابطه بین فلز و دما کار می کنند. با افزایش دمای فلز، مقاومت فلزات در برابر جریان الکتریسیته افزایش می یابد. همانطور که دمای عنصر مقاومت RTD افزایش می یابد، مقاومت الکتریکی اندازه گیری شده در مقدار OHM اهم افزایش می یابد.
عناصر RTD با توجه به مقاومت آنها در اهم (Ω) در صفر درجه سانتیگراد مشخص می شوند.
رایج ترین مشخصات RTD 100 Ω است. به این معنی که در دمای صفر درجه سانتیگراد عنصر RTD باید 100 Ω مقاومت نمایش دهد.
موادی که بیشتر در دماسنج مقاومتی استفاده می شوند پلاتین، نیکل، مس و نیمه هادی ها هستند. فلز پلاتین به طور گسترده ای در اندازه گیری دما استفاده می شود. مس و نیکل در مقایسه با پلاتین کمتر استفاده می شود. در ادامه به ویژگی های سنسور های آر تی دی پرداخته شده است:
حتما بخوانید:
ترانسمیتر چیست؟ انواع و کاربرد آن
1. تحمل سنسورهای RTD
چندین منحنی و تلرانس یکنواخت با استفاده از RTD طراحی شده است. منحنی “DIN” معروف ترین منحنی یکنواخت است. منحنی ویژگی های مقاومت پلاتین در برابر دما، سنسور 100 اهم، تلورانس‌های یکنواخت و مقیاس دمایی قابل مشاهده را مشخص می‌کند.
مقاومت پایه 100 اهم در صفر درجه سانتیگراد و ضریب دمایی 0.00385 اهم / اهم / درجه سانتیگراد توسط استاندارد DIN تعریف شده است. خروجی اسمی سنسور DIN RTD در زیر مشاهده می شود:
برای DIN RTD ها، سه کلاس تحمل معمولی وجود دارد. موارد زیر با این تلورانس ها توصیف می شوند:
2.عنصر سنسورهای RTD
هنگام تعیین نوع ویژگی RTD، ابتدا ابزاری را که قرار است سنسور را با آن بخوانید در نظر بگیرید. نوع عنصری را انتخاب کنید که با ورودی سنسور دستگاه سازگار باشد. محبوب ترین RTD ها پلاتین 100 اهم با ضریب دمایی 0.00385 است.
3. اتصالات سنسورهای RTD
انواع مختلفی از سیم کشی پایه های سنسور های RTD وجود دارد. یک المان، سه سیمه، رایج ترین سیم کشی است. شماتیک سیم کشی پایه های موجود در زیر نشان داده شده است:
در کاربرد هایی که دقت مهم نیست، معمولا از سنسور دو سیمه استفاده می شود. طراحی دو سیم ساده‌ترین روش اندازه‌گیری را انجام می‌دهد، اما به دلیل مقاومت پایه های سنسور، دقت کافی را ندارد. هیچ راه خاصی برای مقاومت پایه ها درسیم کشی دو سیمه وجود ندارد، که باعث افزایش خطا در محاسبه مقاومت می شود.
محاسبه مقاومت
برای محاسبه مقاومت پایه ها، سنسور سه سیمه با یک حلقه جبران ساخته می‌شوند. با این سیم کشی، دو اندازه گیری توسط کنترلر/واحد اندازه گیری انجام می شود. اولین تست مقاومت کلی سنسور و سیم های اتصال دهنده را اندازه گیری می کند. مقاومت، مقاومت حلقه جبران دومین محاسبه است. مقاومت خالص با کم کردن مقاومت حلقه جبران از مقاومت کلی حساب و اندازه گیری می شود. محبوب ترین سنسورها، سنسور های سه سیمی هستند که ترکیب خوبی از دقت و راحتی عملکرد را ارائه می دهند.
روش های طراحی و محاسبات سنسور های چهار سیم اجازه می‌دهد که مقاومت سنسور بدون تداخل سیم‌های پایه تعیین شود. در حالی که این روش بالاترین دقت را ارائه می دهد، یک اندازه گیری حقیقی چهار سیم را نمی توان توسط بسیاری از کنترل کننده ها/ابزارهای اندازه گیری صنعتی انجام داد.
در یک سر ارتباطی متصل به سنسور، انتقال از سیم های پایه سنسور به سیم کشی میدانی به طور معمول انجام می شود. برای راه اندازی ارتباط، از بلوک های ترمینال استفاده می شود.
حتما بخوانید: ترموول (thermowell) چیست؟
4. اثر سنسورهای RTD با پایه 4 سیم
اندازه گیری دما با دماسنج مقاومتی یک موضوع اندازه گیری مقاومت است. برای آزمایش مقاومت، همواره از پل های وتستون نامتعادل استفاده می شود. هر دو عامل خارجی باید در هنگام محاسبه مقاومت عنصر سنسور کاهش یا در نظر گرفته شوند تا بتوان به قرائت دقیق دست یافت. مقاومت سیم های پایه، به ویژه در حالت راه اندازی دو پایه، ممکن است یکی از دلایل اصلی خطا باشد.
مقاومت به صورت سری با جزء سنسور است. بنابراین بازخوانی مجموع مقاومت های جزء سنسور و سیم های پایه است. در جایی که ضریب سنسور دارای استحکام بالا و سیم های سربی دارای استحکام پایینی هستند، RTD های دو پایه قابل استفاده هستند.
با این حال، اگر مقاومت سیم پایه نسبتاً بالا باشد، باید جبران شود. برای پیکربندی سه پایه، جبران می توان به دست آورد. همانطور که در نمودار سه پایه دیده می شود، یک طرف منبع تغذیه از طریق L3 به یک طرف RTD منتقل می شود. این L1 و L2 را در بازو های پل مقابل قرار می دهد تا یکدیگر را متعادل کنند و تأثیر کمی بر ولتاژ خروجی پل داشته باشند.
حتما بخوانید : کاربرد دیتالاگر چیست؟
کاربردهای سنسورهای RTD
- در صنعت خودرو از سنسورهای RTD برای نظارت بر دمای موتور، سنسور های سطح روغن و سنسور های دمای هوای ورودی استفاده می شود. برای تماس و ابزار دقیق برای ردیابی دمای بیش از حد تقویت کننده ها، تثبیت کننده های ترانزیستور و غیره.
- RTD در الکترونیک، کامپیوتر، لوازم الکترونیکی مصرفی، حمل و نقل و توزیع مواد غذایی، الکترونیک صنعتی، دفاع، هوا فضا و الکترونیک پزشکی استفاده می شود.
انواع ساخت RTD :
سیم پیچ RTD (طراحی شده به صورت سیم پیچ بیرونی):
RTD شامل سیم هایی است که به صورت سیم پیچ پلاتین تشکیل شده‌اند و دور یک هسته سرامیکی یا شیشه‌ای پیچیده شده‌اند. آنها نسبتا شکننده هستند و به طور کلی با یک غلاف فلزی برای محافظت عرضه می شوند. آنها دقت بیشتری نسبت به RTD های لایه نازک در محدوده دمایی وسیع تری از خود نشان می دهند، اما گران هستند.
RTD های سیم پیچ (طراحی شده به صورت المنت سیم پیچی):
محفظه آن یک لوله اکسید سرامیکی سخت با حفره های یکسان است که به صورت افقی در طول محور قرار گرفته اند. کویل داخل حفره ها ها قرار می گیرد و با پودر سرامیکی بسیار ریز آسیاب شده پک می شود. این ترتیب ارتباط خوبی با فرآیند فراهم می کند.
RTD های طراحی شده به صورت لایه نازک:
با قرار دادن یک لایه ریز از سیم پلاتین روی یک لایه سرامیکی ساخته می شوند، سپس این عنصر با اپوکسی یا شیشه پوشانده می شود که از آن محافظت می کند. آنها جایگزین ارزان تری برای آشکارساز های به صورت سیم پیچی هستند و زمان پاسخگویی سریعی دارند. اما پایداری کمتری دارند و محدوده دمایی کمتری نسبت به نوع طراحی شده به صورت سیم پیچی دارند.
سنسور RTD پلاتین:
مقاومت پلاتین شش برابر مس است. پلاتین نسبتاً غیر واکنشی است، نقطه ذوب بالایی دارد (1769 درجه سانتیگراد) و به دلیل داشتن ضریب مقاومت دمایی ثابتی دارد.
محدوده دما: این یک انتخاب رایج برای اندازه گیری دقیق دما بین 200- درجه سانتیگراد تا 1000 درجه سانتیگراد است. با این حال، در کاربرد های صنعتی، محدوده به 400 درجه سانتیگراد محدود می شود. این به این دلیل است که دقت آن در اندازه گیری دمای بالا ضعیف است.
مزایای RTD پلاتین:
- فلز پلاتین به دلیل تعدادی از عوامل که شامل موارد زیر است، بیشترین استفاده را برای عناصر RTD دارد.
- بی اثری شیمیایی
- رابطه تقریبا خطی بین دما در مقابل رابطه مقاومت است.
- ضریب مقاومت دمایی به اندازه‌ای بالا است که تغییر مقاومت را با دما به راحتی قابل اندازه‌گیری می‌کند.
- پایداری (از این نظر که مقاومت دمایی آن با گذشت زمان به شدت تغییر نمی کند).
سنسور RTD نیکل:
بعد از فلز پلاتین، دومین فلز مورد استفاده نیکل با خلوص بالا است. این فلز دارای بالاترین ضریب دما، دومین محدوده دمایی بالاتر پس از پلاتین و مزیت هزینه مونتاژ پایین تر نسبت به پلاتین را دارا میباشد. حداکثر محدوده دمایی RTD نیکل 80- تا 320 درجه سانتیگراد است.
مزایای RTD نیکل:
- در مقایسه با پلاتین، RTD نیکل حساسیت دو برابری دارد.
- نیکل و آلیاژهای آن قیمت نسبتاً کمی دارند.
- مقاومت بالا و مقادیر ضریب دما
معایب RTD نیکل:
- تغییر در مقاومت الکتریکی با دما غیر خطی است.
- مقاوم در برابر فشار
- نیکل RTD به دلیل استفاده محدود از آنها استفاده نمی شود.
- محدوده عملیاتی آن محدود و پایداری ضعیف تر است.
کاربرد RTD نیکل:
در موارد پروژه با هزینه کم استفاده می شود، جایی که دقت زیاد مورد نیاز نیست.
سنسور RTD مس:
مس برای محدوده 100- درجه سانتیگراد تا 100+ درجه سانتیگراد استفاده می شود و نسبتاً ارزان است. 10 اهم معمولا برای محدوده دمای پایین تر استفاده می شود، اما 100 اهم و 1000 اهم نیز برای وضوح بهتر استفاده می شود. حداکثر محدوده دمایی Copper RTD نباید از 260 درجه سانتیگراد تجاوز کند. آنها محدوده مفیدی از 50- تا 250 درجه سانتیگراد دارند.
مزایای RTD مس:
- RTD مس که برای اندازه گیری در محدوده C 100- تا C 100 استفاده می شود نسبت به انواع دیگر RTD نسبتاً ارزان است.
- مس پایدارتر از نیکل RTD است.
معایب RTD مس:
- هیچ منحنی استاندارد بین المللی برای RTD مس وجود ندارد.
- RTD مس مستعد واکنش شیمیایی است.
کاربرد RTD مس:
RTD های مسی بیشتر برای سنجش دمای سیم پیچ موتورها، ژنراتورها و توربین ها استفاده می شوند. اتصال آنها به یک زنگ هشدار، باعث خاموش کردن تجهیز مورد نظر در زمان افزایش بیش از حد دما را فراهم می کند.
حتما بخوانید :
انواع سنسور های دما (ترمیستور، ترموکوپل و RTD)
معیارهای انتخاب مواد هادی برای RTD ها:
- تغییر مقاومت مواد در واحد تغییر دما باید تا حد امکان زیاد باشد. این ویژگی حساسیت بالا و پاسخ بهتر به تغییرات دما را فراهم می کند.
- ماده باید دارای مقاومت بالایی باشد به طوری که حداقل حجم مواد برای ساخت سنسور مورد نیاز باشد.
سخن آخر
گروه صنعتی سپیانی آماده ارائه خدمات راه اندازی و فروش انواع RTD است. با مراجعه به فروشگاه ما میتوانید انواع قطعات صنعتی را خریداری فرمایید. جهت کسب اطلاعات بیشتر میتوانید فرم درخواست مشاوره را کامل کنید تا مشاوران ما در کمترین زمان ممکن با شما تماس بگیرند.
