Een RTD-temperatuurmetercircuit maken

In deze post leren we het maken van een RTD-temperatuurmetercircuit en leren we ook over verschillende RTD's en hun werkprincipes door middel van formules.

Wat is een RTD

Een RTD- of weerstandstemperatuurdetector werkt door het verschil of een toename van de weerstand van het sensormetaal te detecteren wanneer het aan hitte wordt blootgesteld.

Deze verandering in de temperatuur van het element is recht evenredig met de warmte en geeft een directe aflezing van de toegepaste temperatuurniveaus.

In het artikel wordt uitgelegd hoe RTD's werken en ook hoe je een eenvoudig circuit voor hoge temperatuursensor kunt maken met een zelfgemaakt RTD-apparaat.

Een directe aflezing in de vorm van variërende weerstandswaarden kan worden verkregen door een gewone 'verwarmingsspiraal' of een 'ijzeren' element te verwarmen.

De weerstand is direct equivalent met de onderworpen warmte, komt overeen met de toegepaste warmte en wordt meetbaar via een gewone digitale ohmmeter. Kom meer te weten.

Hoe RTD-temperatuurmeters werken

Alle metalen hebben deze fundamentele eigenschap gemeen: ze veranderen allemaal hun weerstand of de mate van geleiding als reactie op hitte of stijgende temperaturen. De weerstand van een metaal neemt toe naarmate het verhit wordt en vice versa. Deze eigenschap van metalen wordt uitgebuit in OTO's.

De bovenstaande variatie in de weerstand van het metaal houdt duidelijk verband met elektrische stroom en betekent dat als er stroom door een metaal gaat dat aan enige temperatuurverandering wordt onderworpen, overeenkomstige weerstandsniveaus voor de toegepaste stroom zal bieden.

De stroom varieert daarom evenredig met de variërende weerstand van het metaal. Deze variatie in de stroomuitvoer wordt direct afgelezen via een correct gekalibreerde meter. Dit is hoe in feite een RTD-temperatuurmeter functioneert als een thermische sensor of transducer.

RTD's worden gewoonlijk gespecificeerd op 100 Ohm, wat betekent dat het element 100 Ohm weerstand moet vertonen bij nul graden Celsius.

RTD's zijn over het algemeen gemaakt van het edelmetaal platina vanwege de uitstekende metallische eigenschappen zoals inertie voor chemicaliën, goede lineaire respons op temperatuur versus weerstandsgradiënt, grote weerstandstemperatuurcoëfficiënt, die een breder meetbereik biedt en stabiliteit (vermogen om temperaturen vast te houden en plotselinge verandering).

Hoofdonderdelen van een RTD

De bovenstaande afbeelding van een eenvoudige RTD-temperatuurmeter toont het basisontwerp van een standaard RTD-apparaat. Het is een eenvoudig type thermische transducer, bestaande uit de volgende hoofdcomponenten:

Een buitenste behuizing, die is gemaakt van een hittebestendig materiaal zoals glas of metaal en aan de buitenkant is verzegeld.

De bovenstaande behuizing omsluit een dunne metalen draad die wordt gebruikt als warmtedetectie-element.

Het element wordt afgesloten door twee externe flexibele draden die fungeren als de stroombron voor de transducer of het ingesloten metalen element.

Het draadelement is precies in de behuizing geplaatst, zodat het evenredig over de hele lengte van de behuizing wordt verspreid.

Wat is resistiviteit

Het fundamentele werkingsprincipe van RTD's is gebaseerd op het feit dat de meeste geleiders een lineaire variatie vertonen in hun fundamentele karakteristiek (geleidbaarheid of weerstand), wanneer ze worden blootgesteld aan variërende temperaturen.

Juist het is de soortelijke weerstand van het metaal die aanzienlijk verandert als reactie op wisselende temperaturen.

Deze variatie in de soortelijke weerstand van een metaal die overeenkomt met de toegepaste temperatuurveranderingen, wordt weerstandstemperatuurcoëfficiënt of alfa genoemd en wordt uitgedrukt door de volgende formule:

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

waar rho de soortelijke weerstand is van het element of het gebruikte draadmetaal, R is de weerstand in ohm met een gespecificeerde configuratie.

Hoe resistiviteit te berekenen

De bovenstaande formule kan verder worden toegepast voor het bepalen van de temperatuur van een onbekend systeem door de algemene uitdrukking van R zoals gegeven in de volgende vergelijking:

R = R (0) + alpha (0 graden + Tx), waarbij R (0) de weerstand van de sensor bij nul graden Celsius is en Tx de temperatuur van het element.

De bovenstaande uitdrukking kan worden vereenvoudigd en geschreven als:

Tx = {R - R (0)} / alpha Daarom, als R = R (0), Tx = 0 graden Celsius, of als R> R (0), Tx> nul graden Celsius, echter bij R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Het is belangrijk op te merken dat, om betrouwbare resultaten te verkrijgen tijdens het gebruik van RTD's, de toegepaste temperatuur gelijkmatig over de gehele lengte van het sensorelement moet worden verdeeld. Als u dit niet doet, kan dit leiden tot onnauwkeurige en inconsistente metingen aan de uitgang.

Soorten RTD's

De hierboven uiteengezette omstandigheden hadden betrekking op de werking van een tweedraads basis-RTD, maar vanwege vele praktische beperkingen is een tweedraads-RTD nooit nauwkeurig.
Om de apparaten nauwkeuriger te maken, wordt normaal gesproken extra schakelingen in de vorm van een tarwestenen brug ingebouwd.
Deze RTD's kunnen worden geclassificeerd als het 3-draads en het 4-draads type.

Drie-draads RTD: het diagram toont een typische 3-draads RTD-aansluitingen. Hier loopt de meetstroom door L1 en L3, terwijl L3 zich net als een van de potentiële leads gedraagt.

Zolang de brug in de gebalanceerde toestand is, gaat er geen stroom over L2, maar L1 en L3 bevinden zich in afzonderlijke armen van het Wheatstone-netwerk, de weerstanden worden teniet gedaan en gaan uit van een hoge impedantie over Eo, ook de weerstanden tussen L2 en L3 blijven behouden bij identieke waarden.

De parameter zorgt ervoor dat er maximaal 100 meter draad wordt gebruikt die moet worden afgesloten van de sensor tot aan het ontvangende circuit en toch de nauwkeurigheid binnen 5% van de tolerantieniveaus houdt.

Vierdraads RTD: De vierdraads RTD is waarschijnlijk de meest efficiënte techniek om nauwkeurige resultaten te produceren, zelfs wanneer de eigenlijke RTD op grote afstanden van de monitor is geplaatst.

De methode heft alle afwijkingen in de geleidingsdraden op en produceert uiterst nauwkeurige metingen. Het werkingsprincipe is gebaseerd op het leveren van een constante stroom door de RTD en het meten van de spanning erover via een meetapparaat met hoge impedantie.

De methode elimineert de opname van een bridge-netwerk en biedt toch veel geloofwaardige outputs. De afbeelding toont een typische vierdraads RTD-bedradingslay-out, hier wordt een nauwkeurig gedimensioneerde constante stroom afgeleid van een geschikte bron toegevoerd via L1, L4 en de RTD.

Een proportioneel resultaat wordt direct beschikbaar over de RTD via L2 en L3 en kan worden gemeten met een DVM met hoge impedantie, ongeacht de afstand tot het sensorelement. Hier worden L1, L2, L3 en L4, die de weerstanden van de draden zijn, onbeduidende waarden die geen invloed hebben op de feitelijke metingen.

Hoe maak je een zelfgemaakte RTD-sensor voor hoge temperaturen

Een sensoreenheid voor hoge temperaturen kan worden ontworpen door een gewoon 'verwarmingselement' te gebruiken, zoals een verwarmingsspiraal of een 'ijzeren' element. Het werkingsprincipe is gebaseerd op de bovenstaande discussies.

De aansluitingen zijn eenvoudig en hoeven alleen te worden geconstrueerd zoals weergegeven in het volgende DIAGRAM.