RTD چیست؟
(Resistance Temperature Detector) RTD (آشکارساز دمای مقاومتی) حساسیت دمایی مقاومت می باشد، که به صورت یک ضریب دمایی مثبت در تابع مقاومت نسبت به متغیر دما اعمال می شود. و در این تابع خروجی مقاومت با افزایش دما افزایش می یابد.
به این ترتیب مقاومت فلز با افزایش دمای آن افزایش خواهد یافت که این ویژگی مقاومتی فلز نسبت به شرایط دمایی مقاومت ویژه فلز نامیده می شود. و مقاومت ویژه فلز تعیین کننده طول و سطح مقطع مورد نیاز در ساخت یک RTD می باشد.
معیار انتخاب مواد برای یک RTD :
- ماده باید قابل انعطاف باشد تا قابلیت فرم دادن به شکل یک سیم نازک را داشته باشد.
- دارای شیب یا منحنی تکرارپذیر و پایدار باشد.
- مواد به کار رفته باید مقاوم در برابر خوردگی باشد.
- مواد به کار رفته باید ارزان باشد.(داشتن صرفه اقتصادی)
- منحنی تابع مقاومت نسبت به دمای خطی داشته باشد.
بنابر این اصل باید از فلزاتی استفاده شود که حساسیت بالاتری داشته باشند. عموماً آن را بافلزاتی چون پلاتین، نیکل، آلیاژ نیکل آهن و مس می سازند که هر کدام برای کاربردی استفاده می شوند.
همانطور که در نموار آمده است نیکل و آلیاژ نیکل آهن ، نسبت به پلاتین در بازه دمایی کمتری خطی اند و پلاتین در بازه بیشتری خطی است که بازه دمایی نیکل 40 تا 300 درجه سانتی گراد است وآلیاژ نیکل آهن در مصارف محدود و خاصی استفاده می شود به جهت خصوصیاتی چون خطی بودن ) خطی تر نسبت به دیگر فلزات( پایدار بودن، دقت و… در صنعت از پلاتین استفاده می شود.
جنس RTD از چیست؟
ویژگی های ترمو مقاومتی المان حسگر RTD، بسته به فلز یا آلیاژی که از آن ساخته شده، متفاوت می باشد. سه نوع فلز مقاومتی که غالبا برای ساخت RTD استفاده می شود عبارتند از پلاتین (Platinum)، مس (Copper) و نیکل (Nickel).
فلز مورد استفاده بايد نقطه ذوب بالايي داشته باشد و در مقابل خوردگي مقاوم باشد. پلاتين بهترين فلز براي استفاده در RTD مي باشد چون رابطه بين مقاومت و دما كاملاً خطی ميباشد. در مس نيز اين رابطه نسبتاً خطی مي باشد ولي دامنه اندازه گيري آن كمتر از پلاتين مي باشد.
در صورت استفاده از نيكل، حساسيت RTD بيشتر خواهد بود ولي براي دماهای بيشتر از ۴۰۰ درجه رابطه به شدت غيرخطی است. از تنگستن مي توان براي اندازه گيري دماهای خيلي بالا استفاده نمود، اما به دليل مشكلات ساخت و ناپايداري ويژگيهای آن، كمتر مورد استفاده قرار می گيرد.
RTD های دوسیمه:
سیم RTD دوسیمه ساده ترین نوع ساختار را بین این سنسورها دارا می باشد،یک سیم که به هر طرف عنصر مورد نظر متصل شده و اندازه گیری توسط هر دستگاه با قابلیت اهم سنجی میتواند اندازه گیری شود ازجمله مبدل های اهم ولت سنجی (VOM)
این روش کمترین دقت اندازه گیری دما را دارد ، با توجه به این واقعیت مقاومت سیم رابط با مقاومت سنسور به صورت سری در مدار قرار دارد.
سیم رابط در مقایسه با سنسور در دماهای مختلفی قرار دارد از این رو جدول مشخصات مقاومت – دمایی متفاوتی دارد.
به این ترتیب سیم رابط طویل خطای اندازه گیری زیادی را به همراه دارد.
یک مدار پل دوسیمه معمولی مطابق شکل زیر میباشد:
RTD های سه سیمه:
RTD سه سیمه پرکاربردترین نوع ساختار را به ویژه در کاربردهای صنعتی دارد، وقتی که فاصله زیادی بین سنسور و ابزار کنترل وجود دارد استفاده از کابل سه سیمه به جای چهار سیم می تواند صرفه اقتصادی خوبی داشته باشد. هنگام استفاده از این سنسور ، به درستی سنسور سه سیمه مقاومت سری را از مدار حذف می کند که این امر اجازه اندازه گیری دقیق سنسور را فراهم می کند.
دوتا از این رابط های مسیر به یک طرف سنسور و رابط سوم به طرف دیگر سنسور متصل می باشد مقاومتهای L1 و L3 باید تا جایی که ممکن است با همدیگر یکنواخت باشند تا اثر خطای ناشی از مقاومت خودشان را درمدار پل خنثی کنند.( که سنسور سه سیمه شرایطی را ایجاد میکند که میانگین مقاومت سیم مسیر را از مقاومت خود سنسور حذف می کند.)
کد رنگ بندی در RTD های سه سیمه به ترتیب دو سیم رابط به رنگ قرمز و دیگری سفید می باشد ، یک پل RTD سه سیمه معمول مطابق شکل زیر می باشد:
طرز کار مدار سه سیمه با اندازهگیری مقاومت بین مسیر L1,L2و تفاضل آن با مجموع مقاومتهای مسیر L2,L3 و نتیجه آن باقی ماندن مقاومت Rb مقاومت خود سنسور میباشد البته در این متد فرض بر برابری مقاومت های RL1,RL3 میباشد.
RTD های چهار سیمه:
RTD چهار سیمه دقیق ترین روش اندازه گیری در خانواده سنسورها میباشد ، این نوع از سنسور عمدتاً در آزمایشگاه که نیاز به عدم قطعیت کوچکی میباشد به کار میرود و به ندرت کاربرد صنعتی دارد.
یک مدار RTD چهارسیمه اثر ناسازگاری ناشی از مقاومت سیمهای رابط را کاملاً حذف میکند در این مدار یک جریان ثابت از مسیرL4 L1, عبور کرده و مسیر L2,L3 ولتاژ دوسر سنسور RTD را اندازهگیری می کند ، در نتیجه این پل مقاومت واقعی هر نوع مقاومت مسیر متفاوتی را به عنوان تأثیر خطای مسیر در مقاومت سنسور را حذف میکند.
کد رنگبندی برای RTD های چهار سیمه دو سیم رابط به رنگ قرمز و دو رابط سفید رنگ میباشد.
نمودار زیر یک پل مدار سنسور چهارسیمه معمول را نشان میدهد:
PT100 چیست؟چرا این نام را برای آن انتخاب کرده اند؟
سنسور های آر تی دی RTD در مدل های سنسورPT1000 و PT500 و PT100 و PT50 و … موجود می باشد.سنسور های PT100 رایج ترین سنسور در نوع سنسورهای RTD می باشد.نحوه کارکرد سنسور های RTD به این شکل می باشد که با استفاده از مقاومتی که در داخل آن کارگذاشته شده در اثر بالاتر رفتن دما میزان مقاومت سنسور هم افزایش پیدا می کند و با پایین رفتن دما از میزان مقاومت کاسته می شود و نمایشگر های دما در این تیپ سنسور های دما به وسیله بالا و پایین رفتن مقاومت تشخیص دما را می دهند. نحوه تشخیص سنسور های RTD به این صورت است که اگر دمای محیط در نقطه صفر درجه سانتیگراد باشد با استفاده از اهم تر مقاومت دوسر سنسور را گرفته و اگر اهم سنسور 100 اهم باشد یعنی سنسور PT100 می باشد pt هم مخفف پلاتینیوم می باشد. PT100 از معروفترین و پرکاربردترین سنسورهای دمایی داخل بازار و صنعت می باشد. و اگر 50 اهم باشد یعنی سنسور PT50 می باشد و در دیگر رنج ها هم به این صورت می باشد.
بازه اندازه گیری RTD
بازه اندازه گیری دما در RTD ها از ۲۰۰- درجه الی ۶۰۰+ درجه می باشد که در کلاس ها و دقت های مختلفی تولید می شود.
مزایا و معایب RTD نسبت به ترموکوپل چیست؟
دقت اندازه گیری RTD ها در دماهای پایین ۲۰۰- تا ۲۰۰+ درجه سانتی گراد بسیار بالا هست.
قیمت RTD ها نسبت به ترموکوپل ها گرانتر است و بازه دمایی آنها از ترموکوپل کمتر است.
RTD معمولاً در جا هایی استفاده می شود که تکرار پذیری و خطی بودن برای ما اهمیت داشته باشد. به خوبی ترموکوپل نسبت به تکانهای شدید و شوکهای مکانیکی مقاوم نیست. ماکزیمم دمای کاری آن 1200درجه فارنهایت است که ترموکوپل قادر است تا دمای 3100 درجه فارنهایت را نیز اندازه گیری کند که این ضعفی برای RTD است.
ادامه مطلب… فایل pdf را دانلود کنید.
تهیه و تنظیم:مهندس مرتضی کریمی