Vytvoření obvodu měřiče teploty RTD

V tomto příspěvku se učíme výrobu obvodu teploměru RTD a také se prostřednictvím vzorců dozvídáme o různých RTD a jejich pracovních principech.

Co je to RTD

RTD nebo odporový teplotní detektor pracuje tak, že detekuje rozdíl nebo zvýšení odporu kovového senzoru, když je vystaven teplu.

Tato změna teploty prvku, která je přímo úměrná teplu, poskytuje přímé čtení použitých teplotních úrovní.

Článek vysvětluje, jak fungují rtds a také jak vytvořit jednoduchý obvod snímače vysoké teploty pomocí domácího zařízení RTD.

Přímého odečtu ve formě proměnných hodnot odporu lze dosáhnout zahřátím obyčejné „topné spirály“ nebo „železného“ prvku.

Odpor je přímo ekvivalentní vystavenému teplu, odpovídá aplikovanému teplu a stává se měřitelným na běžném digitálním ohmmetru. Zjistit více.

Jak fungují měřiče teploty RTD

Všechny kovy mají tuto základní vlastnost společnou, to znamená, že všechny mění svůj odpor nebo stupeň vodivosti v reakci na teplo nebo rostoucí teploty. Odpor kovu se zvyšuje s jeho zahříváním a naopak. Tato vlastnost kovů je využívána v RTD.

Výše uvedená změna odporu kovu zjevně souvisí s elektrickým proudem a znamená, že pokud proud prochází kovem, který je vystaven určité teplotní změně, nabídne odpovídající úrovně odporu použitému proudu.

Proud se proto také úměrně mění s měnícím se odporem kovu, tato změna výstupního proudu se přímo odečítá na příslušně kalibrovaném měřiči. Takto v podstatě funguje RTD měřič teploty jako tepelný senzor nebo převodník.

RTD jsou běžně specifikovány při 100 Ohmech, což znamená, že prvek by měl vykazovat odpor 100 Ohmů při nulovém stupni Celsia.

RTD jsou obecně vyrobeny z platiny ušlechtilého kovu kvůli jeho vynikajícím kovovým vlastnostem, jako je inertnost vůči chemikáliím, dobrá lineární odezva na gradient teploty vůči odporu, velký teplotní koeficient odporu, poskytuje širší rozsah měření a stabilita (schopnost udržovat teploty a omezovat náhlá změna).

Hlavní části RTD

Výše uvedený obrázek jednoduchého měřiče teploty RTD ukazuje základní konstrukci standardního zařízení RTD. Jedná se o jednoduchý typ tepelného měniče, který obsahuje následující hlavní komponenty:

Vnější obal, který je vyroben z nějakého tepelně odolného materiálu, jako je sklo nebo kov, a je externě utěsněn.

Výše uvedené pouzdro obklopuje tenký kovový drát, který se používá jako prvek detekující teplo.

Prvek je zakončen dvěma vnějšími ohebnými dráty, které slouží jako zdroj proudu pro měnič nebo uzavřený kovový prvek.

Drátový prvek je přesně nastaven uvnitř krytu tak, aby se proporcionálně rozložil po celé délce krytu.

Co je to rezistivita

Základní pracovní princip RTD je založen na skutečnosti, že většina vodičů vykazuje při měnících se teplotách lineární odchylku ve své základní charakteristice (vodivost nebo odpor).

Přesně je to odpor kovu, který se významně mění v reakci na různé teploty.

Tato variace odporu kovu odpovídající změnám teploty se nazývá odporový teplotní koeficient nebo alfa a je vyjádřena následujícím vzorcem:

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

kde rho je měrný odpor prvku nebo použitého kovového drátu, R je jeho odpor v Ohmech se specifikovanou konfigurací.

Jak vypočítat odpor

Výše uvedený vzorec lze dále použít pro stanovení teploty neznámého systému prostřednictvím obecného vyjádření R, jak je uvedeno v následující rovnici:

R = R (0) + alfa (0 stupňů + Tx), kde R (0) je odpor snímače při nulovém stupni Celsia a Tx je teplota prvku.

Výše uvedený výraz lze zjednodušit a zapsat jako:

Tx = {R - R (0)} / alfa Proto, když R = R (0), Tx je = 0 stupňů Celsia, nebo když R> R (0), Tx> nulový stupeň Celsia, avšak při R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Bude důležité si uvědomit, že pro dosažení spolehlivých výsledků při použití RTD musí být aplikovaná teplota rovnoměrně rozložena po celé délce snímacího prvku, jinak by mohlo dojít k nepřesným a nekonzistentním odečtům na výstupu.

Druhy RTD

Výše vysvětlené podmínky odkazovaly na fungování dvouvodičového základního RTD, avšak kvůli mnoha praktickým omezením nejsou dvouvodičové RTD nikdy přesné.
Aby byla zařízení přesnější, jsou obvykle zabudovány další obvody ve formě mostu z pšeničného kamene.
Tyto RTD lze klasifikovat jako třívodičové a čtyřvodičové.

Třívodičový RTD: Diagram ukazuje typické 3vodičové RTD připojení. Zde protéká měřicí proud L1 a L3, zatímco L3 se chová stejně jako jeden z potenciálních vodičů.

Pokud je most ve vyváženém stavu, žádný proud neprochází přes L2, nicméně L1 a L3 jsou v samostatných ramenech sítě Wheatstone, odpory se zruší a předpokládá se vysoká impedance napříč Eo, také se udržují odpory mezi L2 a L3 při stejných hodnotách.

Tento parametr zajišťuje použití maximálně 100 metrů drátu, který má být zakončen od snímače až po přijímací obvod, a přesto udržuje přesnost v rozmezí 5% úrovní tolerance.

Čtyřvodičový RTD: Čtyřvodičový RTD je pravděpodobně nejúčinnější technikou pro dosažení přesných výsledků, i když je skutečný RTD umístěn ve vzdálených vzdálenostech od monitoru.

Tato metoda ruší všechny nesrovnalosti olověného drátu a vytváří extrémně přesné hodnoty. Princip činnosti je založen na dodávce konstantního proudu přes RTD a měření napětí na něm přes měřicí zařízení s vysokou impedancí.

Metoda eliminuje zahrnutí mostní sítě a přesto poskytuje mnoho důvěryhodných výstupů. Obrázek ukazuje typické rozložení zapojení čtyřvodičového RTD zde je aplikován přesně dimenzovaný konstantní proud odvozený z vhodného zdroje přes L1, L4 a RTD.

Proporcionální výsledek se stane přímo dostupným na RTD přes L2 a L3 a lze jej měřit s vysokou impedancí DVM bez ohledu na jeho vzdálenost od snímacího prvku. Zde se L1, L2, L3 a L4, což jsou odpory vodičů, stávají nevýznamnými hodnotami, které nemají žádný vliv na skutečné hodnoty.

Jak si vyrobit domácí vysokoteplotní snímač RTD

Vysokoteplotní senzorová jednotka může být navržena s použitím běžného „topného prvku“, jako je topná spirála nebo „železný“ prvek. Princip činnosti je založen na výše uvedených diskusích.

Spojení jsou jednoduchá a je třeba je zkonstruovat, jak je znázorněno v následující DIAGRAMU.