Δημιουργία κυκλώματος μετρητή θερμοκρασίας RTD

Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε τη δημιουργία ενός κυκλώματος μετρητή θερμοκρασίας RTD και επίσης μαθαίνουμε για διαφορετικές ΕΤΑ και τις αρχές λειτουργίας τους μέσω τύπων.

Τι είναι ΕΤΑ

Ένας ανιχνευτής θερμοκρασίας RTD ή αντίστασης λειτουργεί ανιχνεύοντας τη διαφορά ή αύξηση της αντίστασης του μετάλλου του αισθητήρα όταν υποβάλλεται σε θερμότητα.

Αυτή η αλλαγή στη θερμοκρασία του στοιχείου είναι άμεσα ανάλογη με τη θερμότητα, παρέχει μια άμεση ανάγνωση των εφαρμοζόμενων επιπέδων θερμοκρασίας.

Το άρθρο εξηγεί πώς λειτουργούν τα rtds και επίσης πώς να φτιάξετε ένα απλό κύκλωμα αισθητήρα υψηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας μια σπιτική συσκευή RTD.

Μια άμεση ανάγνωση με τη μορφή ποικίλων τιμών αντίστασης μπορεί να επιτευχθεί με θέρμανση ενός συνηθισμένου «θερμαντικού πηνίου» ή ενός «σιδήρου» στοιχείου.

Η αντίσταση είναι άμεσα ισοδύναμη με την υποβαλλόμενη θερμότητα, αντιστοιχεί στην εφαρμοζόμενη θερμότητα και γίνεται μετρήσιμη σε έναν συνηθισμένο ψηφιακό μετρητή Ohm. Μάθε περισσότερα.

Πώς λειτουργούν οι μετρητές θερμοκρασίας RTD

Όλα τα μέταλλα έχουν αυτήν την θεμελιώδη ιδιότητα από κοινού, δηλαδή όλα αλλάζουν την αντίσταση τους ή τον βαθμό αγωγιμότητας σε απόκριση στη θερμότητα ή την αύξηση των θερμοκρασιών. Η αντίσταση ενός μετάλλου αυξάνεται καθώς θερμαίνεται και το αντίστροφο. Αυτή η ιδιότητα των μετάλλων αξιοποιείται σε ΕΤΑ.

Η παραπάνω διακύμανση της αντίστασης του μετάλλου σχετίζεται προφανώς με το ηλεκτρικό ρεύμα και σημαίνει ότι εάν το ρεύμα περάσει μέσω ενός μετάλλου το οποίο υπόκειται σε κάποια αλλαγή θερμοκρασίας θα προσφέρει αντίστοιχα επίπεδα αντίστασης στο εφαρμοζόμενο ρεύμα.

Επομένως, το ρεύμα επίσης ποικίλλει αναλογικά με τη μεταβαλλόμενη αντίσταση του μετάλλου, αυτή η διακύμανση στην τρέχουσα έξοδο διαβάζεται απευθείας σε έναν κατάλληλα βαθμονομημένο μετρητή. Έτσι βασικά λειτουργεί ένας μετρητής θερμοκρασίας RTD ως θερμικός αισθητήρας ή μετατροπέας.

Τα RTD καθορίζονται συνήθως στα 100 Ohms, πράγμα που σημαίνει ότι το στοιχείο πρέπει να εμφανίζει αντίσταση 100 Ohms σε μηδενικό βαθμό Κελσίου.

Τα RTD αποτελούνται γενικά από το ευγενές μέταλλο Platinum λόγω των εξαιρετικών μεταλλικών χαρακτηριστικών του όπως η αδράνεια στα χημικά, η καλή γραμμική απόκριση στη θερμοκρασία έναντι της βαθμίδας αντίστασης, ο μεγάλος συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης, παρέχοντας ένα ευρύτερο φάσμα μετρήσεων και η σταθερότητα (ικανότητα συγκράτησης θερμοκρασιών και περιορισμός ξαφνική αλλαγή).

Κύρια μέρη μιας ΕΤΑ

Η παραπάνω εικόνα ενός απλού μετρητή θερμοκρασίας RTD δείχνει τον βασικό σχεδιασμό μιας τυπικής συσκευής RTD. Είναι ένας απλός τύπος θερμικού μορφοτροπέα που περιλαμβάνει τα ακόλουθα κύρια συστατικά:

Ένα εξωτερικό περίβλημα, που αποτελείται από κάποιο ανθεκτικό στη θερμότητα υλικό όπως γυαλί ή μέταλλο και σφραγίζεται εξωτερικά.

Το παραπάνω περίβλημα περικλείει ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα που χρησιμοποιείται ως στοιχείο ανίχνευσης θερμότητας.

Το στοιχείο τερματίζεται μέσω δύο εξωτερικών εύκαμπτων καλωδίων τα οποία ενεργούν ως η τρέχουσα πηγή του μορφοτροπέα ή του εγκλεισμένου μεταλλικού στοιχείου.

Το συρματόσχοινο τοποθετείται με ακρίβεια στο εσωτερικό του περιβλήματος έτσι ώστε να απλώνεται αναλογικά σε όλο το μήκος του περιβλήματος.

Τι είναι η Ανθεκτικότητα

Η βασική αρχή λειτουργίας των ΕΤΑ βασίζεται στο γεγονός ότι οι περισσότεροι αγωγοί εμφανίζουν μια γραμμική μεταβολή στο θεμελιώδες χαρακτηριστικό τους (αγωγιμότητα ή αντίσταση), όταν υπόκεινται σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Ακριβώς είναι η αντίσταση του μετάλλου που αλλάζει σημαντικά σε απόκριση σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Αυτή η διακύμανση στην αντίσταση ενός μετάλλου που αντιστοιχεί στις εφαρμοζόμενες αλλαγές θερμοκρασίας ονομάζεται συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης ή άλφα και εκφράζεται με τον ακόλουθο τύπο:

άλφα = d (rho) / dT = dR / dT ohms / oC (1)

όπου rho είναι η αντίσταση του στοιχείου ή του συρμάτινου μετάλλου που χρησιμοποιείται, το R είναι η αντίστασή του σε Ohms με καθορισμένη διαμόρφωση.

Πώς να υπολογίσετε την αντίσταση

Ο παραπάνω τύπος μπορεί να εφαρμοστεί περαιτέρω για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας ενός άγνωστου συστήματος μέσω της γενικής έκφρασης του R όπως δίνεται στην ακόλουθη εξίσωση:

R = R (0) + άλφα (0 βαθμός + Tx), όπου το R (0) είναι η αντίσταση του αισθητήρα σε μηδέν βαθμό Κελσίου και το Tx είναι η θερμοκρασία του στοιχείου.

Η παραπάνω έκφραση μπορεί να απλοποιηθεί και να γραφτεί ως:

Tx = {R - R (0)} / άλφα Επομένως, όταν R = R (0), Tx είναι = 0 βαθμός Κελσίου ή όταν R> R (0), Tx> μηδέν βαθμός Κελσίου, ωστόσο σε R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Θα είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, για να επιτευχθούν αξιόπιστα αποτελέσματα κατά τη χρήση RTD, η εφαρμοζόμενη θερμοκρασία πρέπει να κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το μήκος του στοιχείου ανίχνευσης, εάν δεν το κάνετε μπορεί να οδηγήσει σε ανακριβείς και ασυνεπείς μετρήσεις στην έξοδο.

Τύποι ΕΤΑ

Οι παραπάνω εξηγηθείσες συνθήκες αναφέρονται στη λειτουργία ενός βασικού RTD δύο συρμάτων, ωστόσο, λόγω πολλών πρακτικών περιορισμών, ένα RTD δύο συρμάτων δεν είναι ποτέ ακριβές.
Για να καταστούν οι συσκευές πιο ακριβείς πρόσθετα κυκλώματα με τη μορφή γέφυρας από σιτάρι είναι συνήθως ενσωματωμένο.
Αυτές οι ΕΤΑ μπορούν να ταξινομηθούν ως τύποι 3-καλωδίων και 4-καλωδίων.

Three Wire RTD: Το διάγραμμα δείχνει τυπικές συνδέσεις 3-καλωδίων RTD. Εδώ, το ρεύμα μέτρησης ρέει μέσω των L1 και L3 ενώ το L3 συμπεριφέρεται ακριβώς ως ένας από τους δυνητικούς δυνητικούς αγωγούς.

Εφόσον η γέφυρα είναι σε ισορροπημένη κατάσταση, δεν υπάρχει ρεύμα που περνά πέρα ​​από το L2, ωστόσο τα L1 και L3 βρίσκονται σε ξεχωριστούς βραχίονες του δικτύου σιταριού, οι αντιστάσεις ακυρώνονται και προϋποθέτει υψηλή αντίσταση σε όλη την Eo, διατηρούνται επίσης αντιστάσεις μεταξύ L2 και L3 σε πανομοιότυπες τιμές.

Η παράμετρος διασφαλίζει τη χρήση ενός μέγιστου σύρματος 100 μέτρων για τον τερματισμό από τον αισθητήρα έως το κύκλωμα λήψης και διατηρεί την ακρίβεια εντός του 5% των επιπέδων ανοχής.

Τέσσερα καλώδια RTD: Τα τέσσερα σύρματα RTD είναι πιθανώς η πιο αποτελεσματική τεχνική παραγωγής ακριβών αποτελεσμάτων ακόμα και όταν η πραγματική rtd τοποθετείται σε πολύ αποστάσεις από την οθόνη.

Η μέθοδος ακυρώνει όλες τις ασυμφωνίες καλωδίων μολύβδου για να παράγει εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις. Η αρχή της λειτουργίας βασίζεται στην παροχή σταθερού ρεύματος μέσω του RTD και στη μέτρηση της τάσης που διασχίζει μέσω μιας συσκευής μέτρησης υψηλής αντίστασης.

Η μέθοδος εξαλείφει τη συμπερίληψη ενός δικτύου γέφυρας και παρέχει πολύ αξιόπιστα αποτελέσματα. Το σχήμα δείχνει μια τυπική διάταξη καλωδίωσης τεσσάρων συρμάτων RTD εδώ, ένα σταθερό ρεύμα ακριβώς διαστάσεων που προέρχεται από μια κατάλληλη πηγή εφαρμόζεται μέσω των L1, L4 και RTD.

Ένα αναλογικό αποτέλεσμα καθίσταται άμεσα διαθέσιμο σε όλη την ΕΤΑ μέσω L2 και L3 και μπορεί να μετρηθεί με DVM υψηλής σύνθετης αντίστασης, ανεξάρτητα από την απόσταση του από το αισθητήριο στοιχείο. Εδώ, τα L1, L2, L3 και L4 που είναι οι αντιστάσεις των καλωδίων, γίνονται ασήμαντες τιμές που δεν επηρεάζουν τις πραγματικές ενδείξεις.

Πώς να φτιάξετε έναν σπιτικό αισθητήρα υψηλής θερμοκρασίας RTD

Μια μονάδα αισθητήρα υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας ένα συνηθισμένο «θερμαντικό στοιχείο» όπως ένα θερμαντικό πηνίο ή ένα «σίδερο» στοιχείο. Η αρχή της λειτουργίας βασίζεται στις παραπάνω συζητήσεις.

Οι συνδέσεις είναι απλές και πρέπει απλώς να κατασκευαστούν όπως φαίνεται στο παρακάτω ΣΧΕΔΙΟ.