Vytvorenie obvodu merača teploty RTD

V tomto príspevku sa naučíme výrobu obvodu merača teploty RTD a tiež sa dozvieme o rôznych RTD a ich pracovných princípoch pomocou vzorcov.

Čo je RTD

RTD alebo odporový teplotný detektor pracuje tak, že detekuje rozdiel alebo zvýšenie odporu kovového senzora, keď je vystavený teplu.

Táto zmena teploty prvku, ktorá je priamo úmerná teplu, poskytuje priame odčítanie použitých teplotných úrovní.

V článku sa vysvetľuje, ako fungujú rtds, a tiež ako vytvoriť jednoduchý obvod snímača vysokej teploty pomocou domáceho zariadenia RTD.

Priame odčítanie vo forme meniacich sa hodnôt odporu je možné dosiahnuť zahriatím bežnej „vykurovacej špirály“ alebo „železného“ prvku.

Odpor je priamo ekvivalentný vystavenému teplu, zodpovedá použitému teplu a stáva sa merateľný bežným digitálnym ohmmetrom. Uč sa viac.

Ako fungujú merače teploty RTD

Všetky kovy majú túto základnú vlastnosť spoločnú, to znamená, že všetky menia svoj odpor alebo stupeň vodivosti v reakcii na teplo alebo stúpajúce teploty. Odpor kovu sa zvyšuje pri jeho zahrievaní a naopak. Táto vlastnosť kovov sa využíva v RTD.

Vyššie uvedená zmena odporu kovu zjavne súvisí s elektrickým prúdom a znamená, že ak prúd prechádza kovom, ktorý je vystavený určitej zmene teploty, ponúkne zodpovedajúce úrovne odporu použitému prúdu.

Prúd sa preto tiež úmerne mení s meniacim sa odporom kovu, táto zmena výstupného prúdu sa priamo číta na vhodne kalibrovanom merači. Takto v podstate funguje merač teploty RTD ako tepelný snímač alebo prevodník.

RTD sa bežne špecifikujú pri 100 Ohmoch, čo znamená, že prvok by mal vykazovať odpor 100 Ohmov pri nulovom stupni Celzia.

RTD sú zvyčajne vyrobené z platiny ušľachtilého kovu kvôli jeho vynikajúcim kovovým vlastnostiam, ako je inertnosť voči chemikáliám, dobrá lineárna odozva na gradient teploty voči odporu, veľký teplotný koeficient odporu, poskytujúci širší rozsah meraní a stabilita (schopnosť udržiavať teploty a obmedzovať náhla zmena).

Hlavné časti RTD

Vyššie uvedený obrázok jednoduchého merača teploty RTD zobrazuje základnú konštrukciu štandardného zariadenia RTD. Jedná sa o jednoduchý typ tepelného snímača, ktorý obsahuje tieto hlavné komponenty:

Vonkajší obal, ktorý je vyrobený z nejakého tepelne odolného materiálu, ako je sklo alebo kov, a je zvonka utesnený.

Vyššie uvedené puzdro obklopuje tenký kovový drôt, ktorý sa používa ako prvok detekujúci teplo.

Prvok je zakončený dvoma vonkajšími pružnými vodičmi, ktoré slúžia ako zdroj prúdu pre prevodník alebo pre uzavretý kovový prvok.

Drôtený prvok je presne nastavený vo vnútri krytu tak, aby bol proporčne rozložený po celej dĺžke krytu.

Čo je to rezistivita

Základný pracovný princíp RTD je založený na skutočnosti, že väčšina vodičov vykazuje pri rôznych teplotách lineárne zmeny svojich základných charakteristík (vodivosť alebo odpor).

Presne je to odpor kovu, ktorý sa významne mení v závislosti na rôznych teplotách.

Táto zmena odporu kovu zodpovedajúca použitým teplotným zmenám sa nazýva teplotný koeficient odporu alebo alfa a je vyjadrená týmto vzorcom:

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

kde rho je rezistivita prvku alebo použitého kovového drôtu, R je jeho odpor v ohmoch so špecifikovanou konfiguráciou.

Ako vypočítať rezistivitu

Vyššie uvedený vzorec je možné ďalej použiť na stanovenie teploty neznámeho systému pomocou všeobecného vyjadrenia R uvedeného v nasledujúcej rovnici:

R = R (0) + alfa (0 stupňov + Tx), kde R (0) je odpor snímača pri nulovom stupni Celzia a Tx je teplota prvku.

Vyššie uvedený výraz je možné zjednodušiť a zapísať ako:

Tx = {R - R (0)} / alfa Preto, keď R = R (0), Tx je = 0 stupňov Celzia, alebo keď R> R (0), Tx> nulový stupeň Celzia, avšak pri R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Bude dôležité poznamenať, že na dosiahnutie spoľahlivých výsledkov pri použití RTD je potrebné, aby použitá teplota bola rovnomerne rozložená po celej dĺžke snímacieho prvku. Ak to neurobíte, mohlo by to viesť k nepresným a nekonzistentným údajom na výstupe.

Typy RTD

Vyššie uvedené podmienky sa vzťahovali na fungovanie dvojvodičového základného RTD, avšak kvôli mnohým praktickým obmedzeniam nie sú dvojvodičové RTD nikdy presné.
Aby boli zariadenia presnejšie, je obvykle zabudovaný prídavný obvod vo forme mostu z pšeničného kameňa.
Tieto RTD možno klasifikovať ako trojvodičové a štvorvodičové.

Trojvodičový RTD: Schéma ukazuje typické 3-drôtové RTD pripojenie. Merací prúd tu preteká cez L1 a L3, zatiaľ čo L3 sa správa rovnako, ako jeden z potenciálových vodičov.

Pokiaľ je most vo vyváženom stave, cez L2 neprechádza žiadny prúd, avšak L1 a L3 sú v samostatných ramenách siete Wheatstone, odpory sa zrušia a predpokladá sa vysoká impedancia cez Eo, tiež sa udržujú odpory medzi L2 a L3 pri rovnakých hodnotách.

Tento parameter zaisťuje použitie maximálne 100 metrov drôtu, ktorý sa má ukončiť od snímača až po prijímací obvod, a napriek tomu udržuje presnosť do 5% úrovní tolerancie.

Štvorvodičový RTD: Štvorvodičový RTD je pravdepodobne najúčinnejšia technika na získanie presných výsledkov, aj keď je skutočný rtd umiestnený vo vzdialených vzdialenostiach od displeja monitora.

Metóda ruší všetky nezrovnalosti oloveného drôtu a vytvára mimoriadne presné hodnoty. Princíp činnosti je založený na dodávaní konštantného prúdu cez RTD a meraní napätia na ňom cez meracie zariadenie s vysokou impedanciou.

Metóda eliminuje zahrnutie premosťovacej siete a poskytuje veľa dôveryhodných výstupov. Na obrázku je znázornené typické štvorvodičové rozloženie zapojenia RTD, kde sa cez L1, L4 a RTD aplikuje presne dimenzovaný konštantný prúd odvodený z vhodného zdroja.

Proporcionálny výsledok je priamo dostupný v RTD cez L2 a L3 a dá sa merať s vysokou impedanciou DVM bez ohľadu na jeho vzdialenosť od snímacieho prvku. Tu sa hodnoty L1, L2, L3 a L4, ktoré sú odpormi vodičov, stávajú nepodstatnými hodnotami, ktoré nemajú žiadny vplyv na skutočné hodnoty.

Ako si vyrobiť domáci vysokoteplotný snímač RTD

Jednotka snímača vysokej teploty môže byť navrhnutá s použitím obyčajného „ohrievacieho prvku“, ako je ohrievacia špirála alebo „železného“ prvku. Princíp činnosti je založený na vyššie uvedených diskusiách.

Pripojenia sú jednoduché a je potrebné ich skonštruovať tak, ako je to znázornené v nasledujúcej schéme.