حسگرهای دمای مقاومتی (یRTD)

حسگرهای دمای مقاومتی (RTD ) براساس این اصل که مقاومت الکتریکی فلزات خاصی در اثر تغییر دما با رفتار تکرارپذیر و قابل تکراری افزایش یا کاهش می یابد ، کار می کنند.

هنگامی که دمای فلز افزایش می یابد، مقاومت آن فلز در برابر جریان الکتریکی افزایش می یابد.

بطور مشابه، هنگامی که دمای المنت مقاومتی RTD افزایش یابد، مقاومت الکتریکی که براساس اهم (Ω) اندازه گیری می شود، افزایش می یابد.

المنت های RTD معمولا بر اساس مقاومت الکتریکی آنها در دمای صفر درجه سانتی گراد، مشخص می شوند.

به دلایل زیر، پلاتین معمول ترین فلز برای المنت RTD است:

1. خنثی بودن شیمیایی
2. رابطه دما به مقاوت نزدیک به رابطه خطی
3. ضریب دما-مقاومت بزرگ به نحوی که تغییرات مقاومت آن با دما قابل اندازه گیری است
4. پایداری ( که درآن مقاومت دمایی آن با گذشت زمان تغییر شدید ندارد)

مقاومت الکتریکی پلاتین برابر با 100 اهم در دمای صفر درجه سانتی گراد است، به همین دلیل با عبارت “Pt100”شناخته می شود.

المنت RTD

1- المنت سیم پیچ

طول بسیار دقیقی از سیم، دور یک قالب یا دوک سرامیگی پیچیده می‌شود، سپس داخل یک غلاف سرامیکی که نقش محافظت از سیم پیچ را دارد، قرارداده می شود.

2- المنت کویل(سیم پیچ) داخلی

سیمها بعد از پیچیده شدن، داخل سوراخهای یک ایزوله کننده سرامیکی قرار داده می شود.

برخی از سازندگان بعد از قراردادن سیم پیچها، داخل سوراخها را با پودر سرامیک پر می کنند.

این کاراز اتصال داخلی و کوتاه شدن سیمها جلوگیری می کند.

3- المنت ورقه نازک

یک صفحه سرامیکی با لایه ای از جوهر فلزپوشانده می شود. سپس بوسیله لیزر روی آن کنده کاری می شود تا یک مسیر مقاومت الکتریکی بوجود آید. قطعه ساخته شده بصورت کپسول، جهت محافظت در پوشش سرامیکی قرار می گیرد.

این نوع المنت نسبت به المنت سیم پیچ ارزانتر است و پاسخ سریعتری دارد.

پل وتستون

معمول ترین روش برای اندازه گیری مقاومت RTD ، استفاده از پل وتستون است.

درپل وتستون در صورتی که مقاومتهای دو طرف پل برابر نباشند، یک جریان الکتریکی از پل عبور می کند . در مدار زیر جریان عبوری از پل بیانگر مقاومت RTD است.

دقت RTD

خطای سنسور RTD کلاس A برابر با ±0.03 درجه سانتی گراد یا 0.01% محدوده و رنج اندازه گیری (span ) و خطای سنسور RTD کلاس B برابر با ± 0.3درجه سانتی گراد یا 0.12% محدوده و رنج اندازه گیری (span) است.

با درنظر گرفتن همه خطاها، شامل خطاهای سنسورو قسمتهای الکتریکی ترانسمیتر، خطای کل برای RTD Pt100 کلاس A حدود 0.015% رنج اندازه گیری است.

سیم بندی المنت RTD

المنت RTD ابتدایی یک تجهیزدوسیمه است که انتهای این دو سیم به سیم های ارتباطی متصل می شوند، سپس این سیم های ارتباطی به سیمهای مسی برای افزایش طول وصل می شوند.

اگر مقاومت این سیمهای ارتباطی را درنظر بگیریم ، طرح دقیق مداربالا بصورت زیر خواهد بود:

مقاومت این سیم های ارتباطی می¬تواند بشدت دقت اندازه گیری دما را کاهش دهد.

برای جبرانسازی مقاومت این سیمهای ارتباطی، سیم بندی 3 سیمه می تواند مورد استفاده قرارگیرد، که در این طرح مقاومت سیم های ارتباطی، در دو طرف مقابل هم درپل وتستون 3 سیمه قرارمی گیرند. در نتیجه اثر امپدانسی آنها خنثی می شوند.

طرح دقیق مدار اندازه گیری RTD سه سیمه بصورت زیر است:

سیم بندی 4 سیمه جبرانسازی بیشتری انجام می دهد، بنابراین با آن حداکثر دقت بدست می آید.

در سیم بندی 4 سیمه ولتاژ خوانده شده در پل وتستون مستقیما متناسب با مقاومت RTD است و به طول سیمهای ارتباطی حساس نیست.

طرح دقیق مدار اندازه گیری RTD چهار سیمه بصورت زیر است:

RTD چهار سیمه در مقایسه با RTD سه سیمه بسیار دقیقتر و گرانتر است.

RTD چهار سیمه در آزمایشگاهها و تجهیزات کالیبراسیون استفاده می شود.

کاربرد متداول RTD

اغلب RTD به عنوان ترانسمیتر دما در صنایع مختلف برای اندازه گیری دما با سیگنال خروجی 4 ~ 20 میلی آمپر برای دماهای پایین ومتوسط استفاده می شود.

متداولترین و مناسب ترین RTD برای اکثر صنایع مانند نفت و گاز، پتروشیمی و نیروگاهها، که قیمت و دقت قابل قبولی داشته باشد RTD سه سیمه Pt100 است.

جدول مقایسه RTD و ترموکوپل