کاربردها و نحوه ساخت حسگرهای RTD

شش کاربرد برای سنسورهای RTD
حسگرها بخش ضروری ساخت هستند که برای اندازه‌گیری پدیده‌های فیزیکی با استفاده از خواص فلزات و سیالات استفاده می‌شوند. یک دستگاه اندازه‌گیری ضروری، آشکارساز دمای مقاومت، یک قطعه دقیق، محکم و دقیق از تجهیزات است که داده‌ها را برای نظارت بر کاربردها فراهم می‌کند. ماهیت خطی سنسورهای RTD و همچنین پایداری آنها، استفاده از آنها را افزایش داده است. از آنجایی که مقاومت مواد تغییر قابل پیش بینی را نشان می دهد، استفاده از حسگرهای RTD اندازه گیری دما را ثابت و دقیق فراهم می کند.

 

1- سنسورهای RTD خودرو / Automotive RTD Sensors
سنسورهای RTD به طور گسترده در صنعت خودرو برای اندازه گیری دمای موتور، دمای هوا، دمای خارجی و سطح آب استفاده می شوند. مزیت سنسورهای RTD برای صنعت خودرو این است که گرم نمی شوند و انعطاف پذیر و سازگار هستند.

 

2- سنسورهای RTD انرژی خورشیدی / Solar Power RTD Sensors
در کاربردهای انرژی خورشیدی، توزیع یکنواخت گرما برای تولید کارآمد و موثر برق بسیار مهم است. سنسورهای RTD بیش از حد گرم نمی شوند و برای استفاده در برنامه های گرمایش ایده آل هستند. آنها در پنل های خورشیدی برای نظارت بر دمای پنل ها قرار می گیرند. این همچنین در مورد توربین های بادی متصل به شبکه به عنوان وسیله ای برای اندازه گیری نوسانات دما صادق است.

 

3- سنسورهای RTD دارویی / Pharmaceutical RTD Sensors
تولید داروها نیازمند نظارت و کنترل دقیق دما است. افزایش و کاهش دما می تواند به یک دسته و فرمولاسیون آن آسیب برساند. دستیابی به قابلیت حرارتی مناسب بخش ضروری تحقیق، فرمولاسیون، آزمایش و تولید است. ماهیت منحصر به فرد صنعت داروسازی مستلزم ساخت ابزار دقیق طراحی شده برای برآورده کردن الزامات خوانش دماهای مختلف است.

 

4- سنسورهای RTD شیمیایی / Chemical RTD Sensors
مانند صنعت داروسازی، صنایع شیمیایی دارای الزامات سختگیرانه ای در مورد کنترل دما هستند. نتایج تحقیق و آزمایش، حفظ یک محیط دقیق و دقیق را ایجاب می کند. اتاق‌های ویژه و سیستم‌های یکپارچه مختلف از حسگرهای RTD به عنوان مانیتور و کنترل برای اطمینان از دقت و ایمنی استفاده می‌کنند.

 

5- سنسورهای RTD نیمه هادی / Semiconductor RTD Sensors
تحولات اخیر منجر به افزایش تقاضا برای کنترل دمای بالا و راه حل های گرمایش حرارتی برای صنعت نیمه هادی شده است. الزامات صنعت نیمه هادی، دستگاه های اندازه گیری دما را ایجاب می کند که به طور خاص در محیط تولید آنها طراحی و مهندسی شده باشند. در شرایط پیچیده پردازش ویفر، حسگرهای RTD تکرارپذیری، دقت و پایداری لازم را فراهم می‌کنند.

 

6- سایر صنایع / Other Industries
صنایع ذکر شده در بالا تنها تعدادی از کاربردهای متعددی هستند که به دقت و دقت سنسورهای RTD نیاز دارند.

فرآوری مواد غذایی / Food Processing
هر جنبه ای از تولید مواد غذایی نیاز به نظارت مداوم بر دما دارد. سنسورهای RTD در طول ساخت، ذخیره سازی و حمل و نقل استفاده می شوند.

تهویه مطبوع / HVAC
سنسورهای RTD برای نظارت بر دما، تشخیص آتش و کنترل آب و هوا استفاده می شود.

هوافضا / Aerospace
استفاده از حسگرهای RTD برای هوافضا تا حدودی شبیه کاربرد آنها در صنعت خودرو است. در هوافضا، دمای موتورها، مایع خنک‌کننده و کمپرسورها و همچنین مخازن سوخت و تجهیزات کنترل آتش را کنترل می‌کنند.

صنعت سنگین / Heavy Industry
تمام ماشین آلات و موتورهای الکتریکی باید برای افزایش دما کنترل شوند، که می تواند به طور قابل توجهی به تولید آسیب برساند. این موضوع در مورد سیم پیچ ها، ژنراتورها، اجاق ها و قدرت مایکروویو نیز صادق است.

پزشکی / Medical
کنترل دما برای مراقبت از بیمار بسیار مهم است، به ویژه در موارد انکوباتورهای نوزاد، دستگاه های تنفسی و تجهیزات دیالیز.

ارتباطات / Communications
در تولید صدا، تقویت‌کننده‌ها و فرستنده‌ها از مقدار زیادی برق تولید گرما استفاده می‌کنند که باید کنترل و نظارت شود.

محصولات مصرفی / Consumer Products
تعداد بی پایانی از محصولات مصرفی از حسگرهای RTD به عنوان وسیله ای برای کنترل دما استفاده می کنند. سنسورهای RTD از قهوه‌ساز و تلفن‌های همراه گرفته تا ماشین‌های لباسشویی و پتوهای برقی، کنترل دمای ثابت و ایمن را تضمین می‌کنند.

 

ساخت سنسور RTD
آشکارسازهای دمای مقاومتی دارای شش جزء اصلی هستند که عبارتند از عنصر مقاوم، سیم، مواد لوله، اتصالات اتصال، قطر بیرونی و پایان. پیکربندی این اجزا همان چیزی است که انواع سنسورهای RTD و دقت و قابلیت های آنها را از هم جدا می کند. اگرچه قابلیت های سنسورهای مختلف متفاوت است، اما اجزای اصلی آنها یکسان است.

یک RTD معمولی دارای یک عنصر مقاوم از پلاتین، نیکل یا مس است. این فلزات دقیق ترین و مثبت ترین ضریب دمایی را تولید می کنند. پلاتین به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی و پایداری طولانی مدت رایج ترین نوع عنصر است.

 

عناصر مقاومت / Resistance Elements
همه فلزات در هنگام تغییر دما مقاومت ایجاد می کنند. عناصر برای سنسورهای RTD به طور خاص برای خطی بودن آنها در طول تغییر دما انتخاب می شوند. اولین سنسور RTD از مس به عنوان عنصر خود استفاده کرد. در نهایت مشخص شد که پلاتین عملکرد بهتری دارد و خوانش های دقیق تری ارائه می دهد.

در تولید سنسورهای مدرن RTD، مس، نیکل و پلاتین معمولاً با Balco که یک آلیاژ نیکل است، به دلیل هزینه پایین آن استفاده می شود.

 

سیم ها / Wires
مس متداول‌ترین فلزی است که برای سیم‌های RTD دو، سه یا چهار سیم استفاده می‌شود و با مواد مختلفی از جمله فایبرگلاس، تفلون و انواع پلاستیک عایق می‌شود. سیم های سیم باید طول خاصی داشته باشند تا نیازهای مقاومت RTD را برآورده کنند و آن را به دستگاه خواندن وصل کنند.

 

مواد لوله / Tubing Material
مواد لوله معمولی فولاد ضدزنگ و اینکونل Inconel® هستند. فولاد ضدزنگ برای سنسورهای RTD که در دماهای تا 500 درجه یا 260 درجه استفاده می شوند توصیه می شود. هنگامی که دمای کاربرد بالای 500 درجه یا 260 درجه باشد، Inconel® توصیه می شود. مواد لوله باید با دوام سنسور RTD مطابقت داشته باشد و با شرایط بسیاری که در آن سنسور استفاده می شود سازگار باشد.

 

اتصالات اتصال / Connection Fitting
اتصالات اتصال به طور ایمن به سنسور RTD با برنامه متصل می شود و شامل اتصالاتی است که برای سایر تجهیزات اندازه گیری دما استفاده می شود. دو فلز رایج مورد استفاده برای تولید اتصالات برنج و فولاد ضدزنگ هستند. برنج به دلیل مقاومت در برابر خوردگی انتخاب می شود، در حالی که فولاد ضدزنگ مقاوم در برابر خوردگی و مواد شیمیایی است. اتصالات برای نصب آسان سنسور و محکم کردن سیم‌های سیم به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که پیچ خورده یا چروک نشوند.

 

قطر خارجی / Outer Diameter
قطر بیرونی سنسورهای RTD در طیف وسیعی از اندازه ها وجود دارد، اما معمولاً بین 0.063 اینچ (1.6 میلی متر) و 0.5 اینچ (12.7 میلی متر) است.

 

پایانه ها / Termination
پایانه سنسور RTD را به دستگاه مانیتورینگ متصل می کند. اتصال را می توان به روش های مختلفی از جمله لحیم کاری و چین خوردگی تکمیل کرد. پایانه در انتهای سرد به اشکال مختلفی وجود دارد که شامل سیم های ساده و انواع مختلف شاخه ها و جک ها می شود.

سیم های سربی / Lead Wires
یکی از عواملی که می تواند باعث ایجاد خطا در کالیبراسیون سنسور RTD شود سیم های سربی است که مقدار کمی به مقاومت سنسور اضافه می کند که در محیط اندازه گیری نمی شود اما بر ضریب دما تأثیر می گذارد. روش هایی وجود دارد که در تلاش برای غلبه بر مشکل استفاده می شود.

دو سیم - وقتی یک سنسور RTD دارای دو سیم سرب است، هیچ راهی برای اندازه گیری مستقیم مقاومت سرب وجود ندارد. مقاومت اضافی به عنوان یک افست کوچک خوانده می شود یا نادیده گرفته می شود.
سه سیم - سه سیم سربی که دو سیم به یک طرف و یکی به طرف دیگر عنصر متصل هستند، با استفاده از مداری که مقاومت واقعی سیم اضافی را اندازه گیری می کند و آن را از مقاومت عنصر کم می کند، مقاومت سیم سربی را امکان پذیر می کند. با این طراحی، خطای بسیار کمی وجود دارد.
چهار سیم - پیکربندی چهار سیم دقیق ترین روش سیم سربی را با دو سیم متصل به هر طرف عنصر ارائه می دهد. مقاومت سرب واقعی توسط مدارهای کاربردی اندازه گیری می شود و از مقدار کل کم می شود.
برای کاربردهای حیاتی که در آن دقت و دقت لازم است، ضروری است که تمهیداتی برای جلوگیری از خطاهای کالیبراسیون سیم سربی در نظر گرفته شود.

 

 

مزایای سنسورهای RTD 

از زمان اختراع حسگرهای RTD در طول اولین انقلاب صنعتی، استفاده از آنها در تمام فرآیندهای تولید گسترش یافته است. ثبات و دقت استثنایی آنها آنها را به دستگاهی ایده آل برای نظارت بر دما تبدیل کرده است که داده های آنی را با تلاش کمی ارائه می دهد.

دما، در یک عملیات صنعتی، باید به دقت کنترل شود تا از عملکرد مناسب یک برنامه اطمینان حاصل شود. کنترل و نظارت دقیق مورد نیاز است تا دمای مطلوب به دست آید و حفظ شود. دقت و صحت سنسورهای RTD وسیله ای قابل اعتماد برای دستیابی به این هدف است.

هزینه / Cost
سنسورهای RTD نسبت به سایر روش‌های اندازه‌گیری دما گران‌تر هستند. صرفه جویی در هزینه در دقت، طول عمر، تکرارپذیری و پایداری آنها محقق می شود.

حساسیت / Sensitivity
یک نیاز اصلی برای یک سنسور این است که داده ها را فوراً ارائه دهد. سنسورهای RTD خوانش دما را سریع و دقیق ارائه می دهند. بهبودهایی در لایه نازک pt100 زمان پاسخ سنسور را به میزان قابل توجهی بهبود بخشیده است.

دقت / Accuracy
دلیل اصلی محبوبیت سنسورهای RTD دقت آنها است که در محدوده 0.1 درجه است. دقت استثنایی سنسورهای RTD به دلیل خطی بودن آنهاست.

خطی بودن / Linearity
خطی بودن توانایی یک حسگر برای پاسخ به تغییرات دما است که در طیف کامل دماهای ممکن رخ می دهد. دستگاهی با خطی بودن بالا، تغییر مقاومتی را ایجاد می کند که با مقاومت دستگاه مطابقت دارد. این عامل خاص دلیل اصلی دقیق و قابل اعتماد بودن سنسورهای RTD است.

ثبات / Stability
پایداری یک دستگاه توانایی آن در ارائه خوانش دقیق و دقیق در مدت زمان طولانی است. خوانش سنسورهای RTD برای مدت طولانی تری نسبت به هر نوع سنسور دما ثابت، پایدار و قابل تکرار است. پایداری یک حسگر با میزان رانش یا عدم خطی بودن آن اندازه گیری می شود.

عناصر / Elements
عناصر حسگر RTD از فلزات خالص با کیفیت بالا ساخته شده اند. این برای عملکرد آنها و کیفیت خواندن آنها ضروری است.

محدوده دما / Temperature Range
سنسور pt100 RTD قادر به اندازه گیری دما از -330 درجه فارنهایت (201- درجه سانتیگراد) تا 1560 درجه فارنهایت (848 درجه سانتیگراد) است. دامنه دمایی متغیر و وسیع آن، آن را برای اکثر کاربردهای صنعتی سازگار می کند.

نتیجه / Conclusion
RTD، آشکارساز دمای مقاومت، یک دستگاه سنجش دما غیرفعال است که بر اساس این اصل کار می‌کند که مقاومت یک فلز با تغییر دما تغییر می‌کند.
طیف گسترده ای از انواع عناصر مورد استفاده برای ساخت سنسورهای RTD وجود دارد. هر یک از انواع مختلف با استانداردهای مختلف مطابقت دارند، محدوده دمایی متفاوتی را اندازه گیری می کنند، در مجموعه ای از اندازه ها هستند و استانداردهای متفاوتی برای دقت دارند.
استفاده رایج از سنسورهای RTD به دلیل دقت، تکرارپذیری و پایداری آنهاست.
اصل کار یک سنسور RTD نسبتا ساده است. وقتی دمای فلز بالا می رود، همه انواع فلز دارای ضریب مقاومت هستند.
انواع مختلف سنسورهای RTD بر اساس ساختار عنصر حسگر دما طبقه بندی می شوند.

 

 

نویسنده: محسن لطفی صومعه / منبع: IQSdirectory