سنسور دما (RTD) چیست ؟
سنسور دمای RTD یک دستگاه کوچک است که معمولاً برای انجام اندازهگیری دما در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی استفاده میشود. "RTD" مخفف " Resistance Temperature Detector" است. این سنسورها معمولاً هنگام کنترل در محدوده دمایی توصیه شده، دقیقتر و پایدارتر از ترموکوپلها و سایر پروبهای دما هستند.
یک سنسور دما چگونه کار میکند؟
یک سنسور RTD با اندازهگیری تغییر مقاومت یک ماده (معمولاً پلاتین) با تغییر دما عمل میکند. با افزایش دما، مقاومت ماده نیز افزایش مییابد و امکان اندازهگیری دقیق دما را بر اساس این تغییر مقاومت فراهم میکند.
معمولاً، RTD ها حاوی سیمهای پلاتین، نیکل یا مس هستند، زیرا این مواد ضریب دمایی مثبت دارند. این بدان معناست که افزایش دما منجر به افزایش مقاومت میشود - این تغییر مقاومت سپس برای تشخیص و اندازهگیری تغییرات دما استفاده میشود.
آشکارسازهای دمای مقاومتی پلاتین
سنسورهای RTD پلاتینی با پیشوند Pt و به دنبال آن عددی که نشان دهنده مقاومت اسمی در دمای 0 درجه سانتیگراد است، مانند Pt100، شناسایی میشوند. RTD پلاتینی 100 اهمی یکی از رایجترین انواع است که اغلب در کاربردهای صنعتی استفاده میشود. همچنین ممکن است با نام سنسور دما PT100 نیز شناخته شود.
اگر در مورد عملکرد سنسور RTD پلاتینی خود مطمئن نیستید، میتوانید یاد بگیرید که چگونه با اندازهگیری مقاومت آن در دماهای مختلف، عملکرد سنسور RTD را بررسی کنید.
این سنسورها به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند زیرا پلاتین مقاومت عالی در برابر خوردگی، پایداری طولانی مدت و محدوده اندازهگیری دمای وسیعی (-200 تا +850°C) دارد. سنسور دمای RTD پلاتینی برای کاربردهای با دقت بالا ترجیح داده میشود، اگرچه معمولاً گرانتر است.
آشکارسازهای دمای مقاومت نیکل
RTD های نیکلی با پیشوند Ni و به دنبال آن عددی که مقاومت اسمی در دمای 0 درجه سانتیگراد را نشان میدهد، مانند Ni120، شناسایی میشوند.
این سنسورها از پلاتین ارزانتر هستند و مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند. با این حال، نیکل با گذشت زمان سریعتر فرسوده میشود و در دماهای بالاتر دقت خود را از دست میدهد. محدوده اندازهگیری نیکل به -80 تا +260°C محدود میشود.
آشکارسازهای دمای مقاومت مس
RTD های مسی با پیشوند Cu و به دنبال آن عددی که نشان دهنده مقاومت اسمی در دمای 0 درجه سانتیگراد است، مانند Cu10، مشخص میشوند.
این توع بهترین مقاومت را در برابر خطی بودن دما در بین سه نوع RTD دارند و مس مادهای کمهزینه است. با این حال، مس در دماهای بالاتر اکسید میشود. رابطه مقاومت مس در برابر دما، اندازهگیریهای دقیقی را در یک محدوده دمایی محدود امکانپذیر میکند و آن را برای کاربردهای کمدردسرتر مناسب میسازد. مس به محدوده اندازهگیری -200 تا+260°C محدود میشود.
RTD ها چگونه ساخته می شوند؟
سه روش برای ساخت آشکارسازهای دمای مقاومتی وجود دارد: RTD های سیم پیچی شده، RTD های المان کویل دار و RTD های لایه نازک. درک نحوه عملکرد RTD در هر یک از این روش ها برای تعیین ساختار ایده آل برای کاربرد شما ضروری است. علاوه بر این، نحوه آزمایش یک سنسور RTD برای تأیید دقت و اطمینان از عملکرد قابل اعتماد بسیار مهم است. در ادامه به بررسی هر نوع ساختار خواهیم پرداخت.
RTD سیم پیچی شده
در ابتدا، RTD سیمپیچی شده را داریم . در این حالت، یک سیم مقاومتی به دور یک هسته نارسانا که معمولاً از سرامیک ساخته شده است، پیچیده میشود. سازنده سنسور طول سیم مقاومتی را با دقت برش میدهد تا به مقاومت مشخص شده در دمای 0 درجه سانتیگراد برسد. به این مقاومت، مقاومت "R 0 " میگویند. به عنوان مثال، مقاومت R 0 یک Pt100 = 100 Ω است.
این ساختار سطح بالایی از دقت را ارائه میدهد و برای کاربردهایی که نیاز به اندازهگیری دقیق و پایدار دما دارند، ایدهآل است. RTD های سیمپیچ به طور گسترده در سیستمهایی که نظارت دقیق دما بسیار مهم است، استفاده میشوند.
در مرحله بعد، سیمهای رابط به سیم مقاومت متصل میشوند و سپس یک پوشش شیشهای یا سرامیکی برای محافظت روی سیم اعمال میشود. با افزایش دما، طول سیم مقاومت کمی افزایش مییابد. در طراحی باید دقت شود که سیم مقاومت با افزایش دما پیچ نخورد یا تغییر شکل ندهد. این به این دلیل است که کرنش مکانیکی باعث تغییر در مقاومت سیم میشود.
RTD های آزمایشگاهی که توسط آزمایشگاههای کالیبراسیون و استاندارد استفاده میشوند، این منبع خطا را با پیچیدن سیم مقاومتی به دور یک ساختار نگهدارنده نارسانا، از بین میبرند. این نوع RTD میتواند بسیار دقیق باشد، اما شکننده است و برای اکثر کاربردهای صنعتی مناسب نیست.
RTD با المان کویلدار
RTD با المان کویلدار
راه دوم برای ساخت RTD، RTD با المان کویلدار است که در آن سیم مقاومت به صورت سیمپیچهای کوچک پیچیده میشود که به صورت آزاد در یک قالب سرامیکی قرار میگیرند که سپس با پودر نارسانا پر میشود. سیم مقاومت میتواند با تغییر دما منبسط و منقبض شود پودر، سرعت انتقال حرارت به سیمپیچها را افزایش میدهد و در نتیجه زمان پاسخ را بهبود میبخشد. RTD های عنصری سیمپیچ معمولاً توسط یک غلاف فلزی در تشکیل پروبهای دمای RTD محافظت میشوند.
RTD لایه نازک
و در نهایت، RTD های لایه نازک به صورت انبوه تولید میشوند و هزینه کمتری نسبت به سایر انواع RTD دارند. آنها کوچکتر هستند و زمان پاسخ سریعتری نسبت به سایرین دارند که در بسیاری از کاربردها مطلوب است. آنها با رسوب یک مسیر نازک از پلاتین روی یک پایه سرامیکی ساخته میشوند.
سازنده با باز کردن شنتهای موازی در مسیر با پرتو لیزر، مقاومت را در دمای صفر درجه سانتیگراد تنظیم میکند. هرچه شنتهای بیشتری باز شوند، مقاومت در دمای صفر درجه سانتیگراد بیشتر میشود. RTD های فیلم نازک به دلایل زیر به اندازه انواع دیگر دقیق نیستند:
مقاومت درجه حرارت صفر را نمیتوان به دقت انواع دیگر تنظیم کرد.
پایه سرامیکی و پوشش پلاتینی نرخ انبساط کمی متفاوتی دارند. این امر باعث ایجاد خطای کرنش در دماهای بالاتر میشود.
از آنجایی که RTD های لایه نازک کوچکتر هستند، جریان تحریک RTD به دلیل خودگرمایی RTD باعث خطای کمی بالاتر میشود.
روش سیمکشی RTDها
چگونه یک پراب دما با پیکربندیهای مختلف سیمکشی RTDها کار میکند؟
آشکارسازهای دمای مقاومتی را میتوان در پیکربندیهای حسگر RTD دو سیمه، سه سیمه یا چهار سیمه پیکربندی کرد که هر کدام مزایای متفاوتی را ارائه میدهند:
سیستم دو سیمه: سادهترین و مقرونبهصرفهترین گزینه، مناسب برای فواصل کوتاه که در آن مقاومت سیمهای اتصال تأثیر قابلتوجهی بر دقت ندارد. این پیکربندی معمولاً در کاربردهای صنعتی که دقت بالا حیاتی نیست، استفاده میشود.
پیکربندی حسگر دمای سه سیمه: رایجترین پیکربندی است که مقاومت سیم رابط را که میتواند باعث انحراف در قرائتها شود، جبران میکند و دقت بالاتری را در فواصل متوسط فراهم میکند و آن را برای اکثر کاربردهای صنعتی مناسب میسازد.
پیکربندی ۴ سیمه: با حذف تأثیر مقاومت سیم، بالاترین سطح دقت را ارائه میدهد. این پیکربندی برای اندازهگیریهای دقیق در آزمایشگاهها و کاربردهایی که در آنها نهایت دقت لازم است، ایدهآل است.
درک این پیکربندیها برای انتخاب تنظیمات مناسب RTD بر اساس نیازهای خاص یک کاربرد، ایجاد تعادل بین هزینه، راحتی و دقت ضروری است.
