سنسور RTD چیست؟

سنسور دمای مقاومتی که به عنوان RTD یا دماسنج مقاومتی نیز شناخته می شود، نوعی سنسور دما (حسگر RTD) است. این سنسورها از عناصر فلزی تشکیل شده اند که مقاومت آنها با دما تغییر می کند. با افزایش دما، مقاومت فلز افزایش می یابد و با کاهش دما، مقاومت کاهش می یابد. RTD ها از سیم (با مقاومت تعیین شده) متصل به فرستنده ساخته شده است. این فرستنده یک سیگنال خروجی مقاومتی از سیم ها برای فرآیند اندازه گیری دما تولید می کند.

RTD چگونه کار کند؟

RTD بر اساس رابطه بین فلز و دما کار می کند. هنگامی که دمای فلز افزایش می یابد، مقاومت فلز در برابر جریان الکتریکی نیز افزایش می یابد. به همین ترتیب، هنگامی که دمای عنصر مقاومت RTD افزایش می یابد، مقاومت الکتریکی (بر حسب اهم) نیز افزایش می یابد. عناصر RTD معمولاً به دلیل مقاومت آنها (بر حسب اهم) در دمای صفر درجه سانتیگراد (0ºC) نامگذاری می شوند. معروف ترین آنها المان 100 Ω است، به این معنی که در دمای 0 درجه سانتیگراد باید مقاومت 100 Ω داشته باشد. متداول ترین متریال مورد استفاده در دماسنج های مقاومتی پلاتین، نیکل، مس و نیمه هادی ها هستند. فلز پلاتین به طور گسترده ای در اندازه گیری دما استفاده می شود. مس و نیکل کمتر از پلاتین استفاده می شوند. ویژگی های سنسورهای RTD در ادامه ذکر شده است.

برخی از ویژگی های سنسور RDT چیست؟

RTD ها دارای ضریب دمای استاندارد شده مقاومت و تحمل دما هستند. رایج ترین و شناخته شده ترین منحنی استاندارد، منحنی DIN است؛ که توسط موسسه آلمانی به همین نام (DIN) ایجاد شده است. منحنی مربوطه رابطه بین دما و مقاومت سنسور دمای پلاتین 100 اهم، تلورانس های استاندارد شده و محدوده دمای اندازه گیری شده را نشان می دهد. استاندارد DIN آلمان مقاومت پایه را 0 و ضریب دما را 0.00385 Ω/Ω/°C تعریف می کند. یکی دیگر از ویژگی های مهم RTD ها دقت فوق العاده بالای آنهاست. بنابراین دقت بیشتری نسبت به دماسنج های ترموکوپلی دارند. با استفاده از RTD ها می توانید دمای نسبتاً بالا و پایین را بدون هیچ مشکلی اندازه گیری کنید که یک مزیت بزرگ است.

چگونه سنسور دمای مناسب انتخاب کنیم؟

دمای نسبتاً بالا به این معنی است که اگر قصد استفاده از آنها را برای دمای بالای 1100 درجه سانتی گراد دارید، اصلاً برای این کار مناسب نیستند و باید از ترموکوپل های صنعتی برای این منظور استفاده کنید. معمولاً از آشکارسازهای دمای مقاومتی برای اندازه‌گیری دمای محیط و ترموکوپل‌های صنعتی برای اندازه‌گیری فرآیندها در کوره‌های برقی و حرارتی استفاده می‌شود.

آشکارساز دمای مقاومت پلاتین به دلیل تغییرات زیاد در مقدار مقاومت با دما، پایداری و دقت بالا، بیشتر برای اندازه گیری در محیط های صنعتی استفاده می شود.

انواع اتصالات RTD کدامند؟

نوع دیگری از طبقه بندی این سنسورها بر اساس نوع اتصال RTD است. تعریف اتصالات RTD تعداد سیم هایی است که برای ساخت حسگرها استفاده می شود. سنسورهای RTD در سه نوع دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه تولید و به فروش می رسند.

سنسورهای دو سیمه RTD توانایی غلبه بر مقاومت کابل را ندارند و در نتیجه دقت پایینی دارند و استفاده از آنها در مکان هایی که نیاز به دقت بالا نیست با سیم های کوتاه انجام می شود. زیرا طول سیم نیز می تواند منجر به افزایش خطا در مقدار دمای نمایش داده شود.

سنسورهای سه سیم RTD نسبت به مدل های دو سیمه دقت بیشتری دارند و می‌تواند مقاومت سیم‌ها را در صورتی که مقاومت یکسانی داشته باشند حذف کند و بازدهی بهتری داشته باشد. از این مدل می توان در متراژ های بالا نیز بدون نگرانی از افزایش خطا در نمایش دما استفاده کرد. استفاده از این نوع به جای سنسور 4 سیم می تواند هزینه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، اما مطمئناً دقت مدل 4 سیم را ندارد.

یک سنسور چهار سیمه RTD در صورتی که مقاومت هر چهار سیم مشخص باشد می تواند این مقاومت را از بین ببرد و دما را با دقت بالایی اندازه گیری کند. همچنین طی فرایندهایی مانند حذف یک سیم و یا اتصال کوتاه دو سیم، می‌توان از این سنسور به جای مدل‌های دو سیمه و سه سیمه نیز استفاده کرد. اما قیمت این مدل نسبت به مدل های دیگر بیشتر است و تنها در صورتی توصیه می شود که دقت این سنسور RTD مهم باشد و نتوانید از سنسور چهار سیمه یا سه سیمه استفاده کنید.

نکات مهم استفاده از سنسور RTD چیست؟

یک آشکارساز دمای مقاومت با اندازه گیری دقیق مقاومت یک عنصر مقاومت داخلی، دما را اندازه گیری می کند. بنابراین لازم است اثر مقاومت هادی کاهش یابد. متریال، قطر بخارجی، طول و مقاومت الکتریکی هادی ها باید برای هر دو نوع 3 سیمه و 4 سیمه یکسان باشد.

1.مراقب خطاهای ناشی از Internal Conductors باشید

ردیاب دمای مقاومتی با اندازه گیری مقاومت سنسور مقاومت داخلی، دمای صحیح را محاسبه می کند. بنابراین لازم است اثر مقاومت Internal Conductors به حداقل برسد. برای هر دو روش 3 سیمه و 4 سیمه، مواد هادی، قطر خارجی، طول سنسور و مقاومت الکتریکی باید یکسان باشند و دارای گرادیان نباشند.

2.مراقب خطاهای ناشی از عمق ناحیه نوک سنسور باشید

اگر می خواهید دمای دقیق را اندازه گیری کنید، باید قسمتی از نقطه اتصال سنسور دما را نصب کنید تا بتواند همان دما را اندازه گیری کند.

3.مراقب خطاهای ناشی از Self-Heating باشید

همانطور که می دانید، هنگام اندازه گیری دما با RTD، مقدار مشخصی جریان از طریق RTD وارد می شود تا بتوان دما را دقیق خواند، با این حال، گرمای تولید شده توسط این فرآیند، خود RTD را گرم می کند. اصطلاحاً به این وضعیت، (self-heating) می گویند. ضریب گرمایش برابر است با مجذور مقدار جریان مشخص شده (بسته به ساختار RTD و محیط اندازه گیری) اما اگر زیاد باشد خطا در دقت اندازه گیری خواهید دید.

4.به مقدار جریان مشخص شده RTD ها توجه کنید

جریان مشخص شده RTD ها با ویژگی های سنسور تعیین می شود. اجازه ندهید مقادیر جریانی غیر از آنچه در مشخصات سنسور مشخص شده است جریان یابد. هنگام استفاده از مقادیر مختلف جریان، مشکلات مختلفی در نشان دادن دقت اندازه گیری مشاهده می شود.

5.مراقب سیم کشی به صورت موازی باشید

هنگام اتصال RTD به چندین رجیستر به صورت موازی، از دماسنج دابل استفاده کنید. اگر از دماسنج single استفاده می کنید، مطمئن شوید که برای هر recorder یک RTD دارید.