הכנת מעגל מד טמפרטורה RTD

בפוסט זה אנו לומדים יצירת מעגל מד טמפרטורה RTD, וכן לומדים על RTDs שונים ועקרונות העבודה שלהם באמצעות נוסחאות.

מה זה RTD

גלאי RTD או טמפרטורת התנגדות פועל על ידי איתור ההבדל או עלייה בהתנגדות של מתכת החיישן כאשר הוא נתון לחום.

שינוי זה בטמפרטורת היסוד ביחס ישר לחום, מספק קריאה ישירה של רמות הטמפרטורה המיושמות.

המאמר מסביר כיצד פועלים רכבים וכיצד ליצור מעגל חיישנים בטמפרטורה גבוהה פשוט באמצעות מכשיר RTD תוצרת בית.

קריאה ישירה בצורה של ערכי התנגדות משתנים ניתן להשיג על ידי חימום 'סליל תנור' רגיל או אלמנט 'ברזל'.

ההתנגדות שקולה ישירות לחום הנתון, תואמת את החום המופעל והופכת למדידה על פני מד אוהם דיגיטלי רגיל. למד עוד.

כיצד פועלים מדי טמפרטורת RTD

לכל המתכות יש תכונה בסיסית זו במשותף, כלומר שכולן משנות את עמידותן או את מידת המוליכות בתגובה לחום או לטמפרטורות עולות. ההתנגדות של מתכת עולה ככל שהיא מחוממת ולהיפך. מאפיין זה של מתכות מנוצל ב RTD.

הווריאציה לעיל בהתנגדות המתכת קשורה כמובן לזרם חשמלי ומשמעותה שאם הזרם מועבר דרך מתכת אשר נתונה לשינוי טמפרטורה כלשהו יציע רמות התנגדות תואמות לזרם המיושם.

לכן גם הזרם משתנה באופן יחסי עם ההתנגדות המשתנה של המתכת, וריאציה זו בהספק הנוכחי נקראת ישירות על פני מד מכויל מתאים. כך בעצם מד טמפרטורה RTD מתפקד כחיישן תרמי או מתמר.

RTD נקבעים בדרך כלל ב 100 אוהם, מה שאומר שהאלמנט צריך להראות התנגדות של 100 אוהם בתואר אפס צלזיוס.

RTDs מורכבים בדרך כלל ממתכת אצילית פלטינום בשל מאפייניו המתכתיים המעולים כמו אינרטיות לכימיקלים, תגובה ליניארית טובה לטמפרטורה לעומת שיפוע התנגדות, מקדם טמפרטורת עמידות גדול, המספק מגוון רחב יותר של מדידות ויציבות (יכולת להחזיק טמפרטורות ולהגביל שינוי פתאומי).

חלקים עיקריים ב- RTD

האיור לעיל של מד טמפרטורת RTD פשוט מראה את העיצוב הבסיסי של מכשיר RTD רגיל. זהו סוג פשוט של מתמר תרמי הכולל את המרכיבים העיקריים הבאים:

מתחם חיצוני, המורכב מחומר עמיד בחום כגון זכוכית או מתכת ואטום חיצונית.

המעטפת הנ'ל סוגרת חוט מתכת דק המשמש כאלמנט גילוי החום.

האלמנט מסתיים באמצעות שני חוטים גמישים חיצוניים המשמשים כמקור הנוכחי עבור המתמר או אלמנט המתכת הסגור.

אלמנט החוט מוגדר במדויק בתוך המתחם כך שהוא מתפזר באופן פרופורציונאלי לכל אורך המתחם.

מהי התנגדות

עקרון העבודה הבסיסי של RTD מבוסס על העובדה שרוב המוליכים מראים שונות ליניארית במאפיין הבסיסי שלהם (מוליכות או התנגדות), כאשר הם נתונים לטמפרטורות משתנות.

בדיוק ההתנגדות של המתכת משתנה באופן משמעותי בתגובה לטמפרטורות משתנות.

וריאציה זו בהתנגדות של מתכת המתאימה לשינויי הטמפרטורה המיושמים מכונה כמקדם טמפרטורת התנגדות או אלפא ומתבטאת באמצעות הנוסחה הבאה:

אלפא = d (rho) / dT = dR / dT אוהם / oC (1)

כאשר rho הוא ההתנגדות של האלמנט או מתכת התיל המשמשת, R הוא ההתנגדות שלו באום עם תצורה מוגדרת.

כיצד לחשב עמידות

ניתן ליישם את הנוסחה שלעיל לקביעת הטמפרטורה של מערכת לא ידועה באמצעות הביטוי הכללי של R כפי שניתן במשוואה הבאה:

R = R (0) + אלפא (0 מעלות + Tx), כאשר R (0) הוא ההתנגדות של החיישן באפס מעלות צלזיוס ו- Tx היא הטמפרטורה של האלמנט.

ניתן לפשט את הביטוי הנ'ל ולכתוב כך:

Tx = {R - R (0)} / אלפא לכן, כאשר R = R (0), Tx הוא = 0 מעלות צלזיוס, או כאשר R> R (0), Tx> אפס מעלות צלזיוס, אולם ב- R> R (0 ), טקס<0 degree Celsius.

חשוב לציין שכדי להשיג תוצאות אמינות תוך שימוש ב- RTD, הטמפרטורה המיושמת חייבת להיות מפוזרת באופן אחיד לכל אורכו של אלמנט החישה, ואין לעשות זאת עלול לגרום לקריאות לא מדויקות ולא עקביות בפלט.

סוגי RTD

התנאים שהוסברו לעיל התייחסו לתפקוד של RTD בסיסי דו-חוטי, אולם בשל אילוצים מעשיים רבים RTD דו-חוטי לעולם אינו מדויק.
כדי להפוך את המכשירים ליותר מדויקים משולב בדרך כלל מעגלים נוספים בצורה של גשר אבן חיטה.
ניתן לסווג את ה- RTD הללו כסוגי 3 החוטים וסוגי 4 החוטים.

שלושה חוטי RTD: הדיאגרמה מציגה חיבורי RTD חוטיים טיפוסיים. כאן, זרם המדידה זורם דרך L1 ו- L3 בעוד L3 מתנהג בדיוק כמו אחד המובילים הפוטנציאליים.

כל עוד הגשר במצב מאוזן, לא עובר זרם על פני L2, אולם L1 ו- L3 נמצאים בזרועות נפרדות של רשת אבן החיטה, ההתנגדות מתבטלת ומניחה עכבה גבוהה על פני Eo, גם התנגדות בין L2 ל- L3 מוחזקת בערכים זהים.

הפרמטר מבטיח את השימוש במקסימום של 100 מטרים של חוט שיסופק מהחיישן עד למעגל הקבלה ובכל זאת לשמור על הדיוק בטווח של 5% מרמות הסובלנות.

ארבע חוטי RTD: ה- RTD בעל ארבעת החוטים הוא ככל הנראה הטכניקה היעילה ביותר להפקת תוצאות מדויקות גם כאשר ה- rtd בפועל ממוקם במרחקים רחוקים מתצוגת הצג.

השיטה מבטלת את כל הפערים בחוט העופרת ומייצרת קריאות מדויקות במיוחד. עקרון הפעולה מבוסס על אספקת זרם קבוע דרך ה- RTD ומדידת המתח עליו באמצעות מכשיר למדידת עכבה גבוהה.

השיטה מבטלת את הכללתה של רשת גשר ועם זאת מספקת תפוקות אמינות רבות. האיור מראה פריסת חיווט RTD ארבע חוט טיפוסית כאן מוחל זרם קבוע בממדים מדויק הנגזר ממקור מתאים דרך L1, L4 ו- RTD.

תוצאה פרופורציונלית הופכת להיות זמינה ישירות על פני ה- RTD דרך L2 ו- L3 וניתן למדוד אותה עם DVM עם עכבה גבוהה, ללא קשר למרחק ממרכיב החישה. כאן, L1, L2, L3 ו- L4 שהם ההתנגדות של החוטים, הופכים לערכים חסרי משמעות שאין להם כל השפעה על הקריאות בפועל.

כיצד להכין חיישן RTD תוצרת בית

ניתן לתכנן יחידת חיישנים בטמפרטורה גבוהה באמצעות 'אלמנט תנור חימום' רגיל כמו סליל תנור או אלמנט 'ברזל'. עקרון הפעולה מבוסס על הדיונים לעיל.

החיבורים פשוטים וצריך לבנות רק כפי שמוצג בתרשים הבא.