نحوه کار یک حسگر RTD

اصل کار یک سنسور RTD نسبتا ساده است. وقتی دمای فلز بالا می رود، همه انواع فلز دارای ضریب مقاومت هستند. مقاومت را می توان اندازه گیری کرد و برای ارائه خوانش دما استفاده کرد. سنسورهای RTD به دلیل دقت و مقاومت در برابر دما، ارتعاشات و شوک به بخش مهمی از فرآیندهای تولید و حساس دما تبدیل شده‌اند. مقدار محدودی از جریان DC برای فعال کردن سنسور و جلوگیری از گرمای بیش از حد ناشی از جریان زیاد استفاده می شود. هنگام قرار دادن سنسور در یک برنامه، توصیه می شود یک ترموول، یک لوله انتهایی بسته نصب شده روی جریان فرآیند داشته باشید. این فرآیند گرما را به دیواره ترموول و به سنسور منتقل می کند. ترموول یک برآمدگی رسانای حرارتی است که در یک خط فرآیند قرار می گیرد که امکان قرار دادن دستگاه های حسگر را بدون نیاز به باز کردن سوراخ در خط می دهد. اکثر سنسورهای RTD دارای یک غلاف محافظ ساخته شده از فولاد ضدزنگ یا Inconel هستند که از عنصر حسگر در برابر محیط و ضربه های مکانیکی محافظت می کند. این اجازه می دهد تا انتهای اندازه گیری سنسور مستقیماً در ناحیه اندازه گیری قرار گیرد. سیم پایانه آن را به دستگاه ضبط اندازه گیری متصل می کند.

 

درج / Insertion
هنگام قرار دادن سنسور در خط، مهم است که کابل های سر اتصال مستقیم باشند و در حین پیچاندن سنسور پیچ نخورده باشند. جدا کردن سیم ها هنگام قرار دادن سنسور از بروز مشکل در کابل ها جلوگیری می کند. برای اطمینان از کالیبراسیون خوب، تمام سیم های اتصال باید یک اندازه و طول داشته باشند. عمق درج باید ده برابر قطر ساقه باشد.

نمودار زیر نمونه ای از سنسور RTD درج شده با استفاده از ترموول است.

 

کالیبراسیون / Calibration
فرکانس کالیبره شدن RTD به چرخه دما، ارتعاشات و شوک بستگی دارد. در بیشتر موارد فرکانس کالیبراسیون توسط کاربر تعیین می شود. کالیبراسیون سنسور با مقایسه مقاومت آن با یک استاندارد کار به دست می آید. بهترین روش برای کالیبراسیون این است که وقتی سنسور در موقعیت کاری خود قرار دارد، آن را کامل کنید.

اگرچه اکثر سنسورها دارای یک غلاف محافظ هستند یا در یک ترموول نصب می‌شوند، بخشی از فرآیند تعمیر و نگهداری، بررسی آسیب‌های ناشی از خوردگی، شوک، لرزش یا عوامل دیگر است. سنسورهای آسیب دیده باید تعویض شوند.

 

انواع سنسورهای RTD
انواع مختلف سنسورهای RTD بر اساس ساختار عنصر حسگر دما طبقه بندی می شوند. دو نوع رایج عبارتند از: لایه نازک و زخم سیم. نوع سنسور RTD مورد استفاده با توجه به محیطی که در آن مورد استفاده قرار می گیرد و برنامه کاربردی تعیین می شود.

استفاده از سنسورهای دمای مقاومتی از اواسط انقلاب صنعتی اول آغاز شد و با استفاده از سیم مسی و گالوانومتر مونتاژ شدند. وقتی مشخص شد که پلاتین می تواند طیف وسیع تری از دماها را اندازه گیری کند، جای سیم مسی را با پلاتین گرفت. سنسورهای RTD از عناوین کلاس A، کلاس B یا کلاس C استفاده می کنند که توسط استاندارد بین المللی IEC 751 مشخص شده است. استانداردهای مورد استفاده برای ساخت سنسورهای RTD در رابطه با منحنی ها و تلورانس های آنها با رایج ترین استاندارد منحنی DIN است. در منحنی DIN، ویژگی‌های مقاومت در برابر دمای یک سنسور پلاتین، 100 اهم با تلورانس‌های استاندارد و محدوده دمایی قابل اندازه‌گیری گنجانده شده است. کاتالوگ سازنده، تشریح و تعیین تلرانس سنسورهای RTD آنها با استفاده از طبقه بندی A و B.

 

سنسورهای RTD لایه نازک
عناصر RTD لایه نازک دارای یک لایه نازک از فلز هستند که بر روی بستر یک ماده سرامیکی قرار گرفته است. فیلم فلزی در یک الگوی مدار الکتریکی حک می شود که مقدار لازم مقاومت را ارائه می دهد. تصویر زیر نمونه ای از شکل رایج الگوی مقاومت است. سیم های سربی متصل می شوند و یک پوشش محافظ روی بستر و عنصر اعمال می شود. سنسورهای RTD لایه نازک ناهموار، قابل اعتماد و مقاوم در برابر ضربه و آسیب لرزش هستند. از آنجایی که آنها مسطح هستند، می توان آنها را برای چندین کاربرد مهندسی کرد و در مجموعه ای از انواع مقاومت، تحمل ها، اندازه ها و شکل ها وجود دارد.

سنسورهای سیم پیچ RTD
نسخه سیم پیچ شده RTD دارای سیم پیچی در اطراف بیرون محفظه سرامیکی یا شیشه ای است که در نمودار زیر به آن بوبین اشاره شده است. سنسورهای RTD هسته شیشه ای را می توان در مایعات غوطه ور کرد. سنسورهای RTD با هسته های سرامیکی می توانند دماهای شدید را به دقت اندازه گیری کنند. حسگرهای سیم پیچ RTD به مهندسی فنی ماهر و فرآیندهای ساخت بسیار پیشرفته نیاز دارند. این بدان معنی است که آنها گرانتر از سنسورهای فیلم نازک هستند.

 

سنسورهای سیم پیچ RTD
حسگرهای RTD سیم پیچی دارای سیم نازکی هستند که در یک محفظه سرامیکی یا شیشه ای پر شده با پودر غیر رسانا محصور شده است. سیم مقاومت می تواند با تغییرات دما منبسط و منقبض شود و خطاهایی را که ممکن است در اثر فشار مکانیکی ایجاد شود به حداقل برساند. پودر محکم بسته بندی شده در اطراف سیم انتقال حرارت را افزایش می دهد و زمان پاسخ سنسور را بهبود می بخشد. محفظه سرامیکی یا شیشه ای معمولاً در یک غلاف فلزی محافظ قرار می گیرد.

 

سنسور PT100 RTD
"pt" در نام PT100 نشان می دهد که سنسور با یک عنصر پلاتین ساخته شده است. 100 ضریب مقاومت آن است. سنسور PT100 RTD یکی از دقیق ترین ابزارهای اندازه گیری دما با ضریب مقاومت 100 Ω در 0 درجه سانتی گراد یا 32 درجه فارنهایت با رانش بسیار کمی در طول زمان است. چندین نسخه از PT100 وجود دارد که دارای ضرایب دمایی متفاوتی هستند که با حرف یونانی آلفا یا α نشان داده شده است. رایج ترین آنها "385" است.

 

سنسورهای RTD PT1000
PT1000 دومین سنسور مقاومتی پرکاربرد با ضریب مقاومت 1000 Ω است و عمدتاً در دو کاربرد سیمی استفاده می شود. دارای مقاومت استثنایی است و بسیار دقیق است و در طول زمان جابجا می شود. اعوجاج در سیم های سربی کمتر قابل توجه است و تنها درصد کمی از مقاومت کل است.

PT1000 مقدار مقاومت بالاتری دارند و جریان کمتری نیاز دارند. آنها برای پیکربندی هایی که انرژی کمتری مصرف می کنند مناسب هستند. از آنجایی که مصرف برق کم است، گرمای کمتری تولید می کنند و خطاهای کمتری ناشی از خود گرمایشی دارند.

 

دو سنسور RTD سیمی
نوع دو سیم RTD ساده ترین طراحی مدار است. یک سیم سرب به هر انتهای عنصر متصل می شود. مقاومت در مدار با اندازه گیری مقاومت در سیم های سرب و کانکتورها محاسبه می شود. این منجر به مقداری خطا یا بازخوانی می شود که بالاتر از دمای اندازه گیری شده واقعی است. این را می توان با کالیبراسیون از بین برد.

سنسور سه سیم RTD
پیکربندی سه سیم بیشترین کاربرد را در کاربردهای صنعتی دارد. دو سیم به یک سر سنسور A و B و به دستگاه نظارت متصل است. سیم سوم، C، به المنت متصل است. طول سه سیم برابر است، بنابراین مقاومت آنها برابر است. پیکربندی سه سیم نیز دارای خطاهایی است که باید با کالیبراسیون تنظیم شوند.

سنسور چهار سیم RTD
پیکربندی چهار سیم پیچیده‌ترین، زمان‌برترین و گران‌ترین برای نصب است، اما دقیق‌ترین و دقیق‌ترین قرائت‌ها را ایجاد می‌کند. جریان DC از طریق دو کابل A و C تامین می‌شود. افت ولتاژ توسط دو سیم دیگر B و D اندازه‌گیری می‌شود. افت ولتاژ و جریان شناخته شده است، که باعث می‌شود مقاومت و همچنین دما در سراسر سیستم به راحتی قابل خواندن باشد.

گونه‌ای از طرح چهار سیم دارای دو سیم قرمز است که به عنصر با پیکربندی سفید که حلقه‌دار است متصل می‌شود. این طرح ترکیبی از روش های سه و چهار سیم است.

 

 

نویسنده: محسن لطفی صومعه / منبع: IQSdirectory