سنسور دمای RTD چیست ؟

RTD مخفف آشکارساز دمای مقاومتی است. RTDها را دماسنج مقاومتی نیز می‌گویند. برای اینکه بدانیم سنسور RTD چیست اول بیایید نگاهی به تعریف صنعتی و علمی آن چیست. انجمن آمریکایی برای آزمون و مواد (ASTM) تعریف زیر را برای دماسنج مقاومتی ارائه کرده است:

دماسنج مقاومتی (اسم)- وسیله اندازه‌گیری دما که از المان دماسنج مقاومتی، سیم‌های رابط، پوسته محافظ با یا بدون تجهیزاتی برای ایجاد اتصال، یا سیم رابط و انواع اتصالات، یا هر دو تشکیل می‌شود [Vol. 14.03, E 344 – ۰۲ § ۳٫۱ (۲۰۰۷).].

RTD نوعی حسگر دما است که دما را بر اساس اصل تغییر مقاومت مواد با دما اندازه‌گیری می‌کند. در عمل، جریان الکتریکی از میان یک قطعه فلزی (المان RTD یا مقاومت) واقع در نزدیکی سطح مورد نظر برای اندازه‌گیری دما عبور می‌کند. سپس مقدار مقاومت المان RTD توسط دستگاه اندازه‌گیری می‌شود. سپس مقدار مقاومت بر اساس ویژگی‌های مقاومتی المان RTD به دما تبدیل می‌شود.

RTD چطور کار کند؟

RTDها بر اساس رابطه بین فلزات و دما کار می‌کند. وقتی دمای فلز افزایش می‌یابد، مقاومت فلز در برابر جریان الکتریکی نیز افزایش می‌یابد. به همین ترتیب، وقتی دمای المان مقاومتی RTD افزایش می‌یابد، مقاومت الکتریکی (بر حسب اهم (Ω)) نیز افزایش می‌یابد. المان‌های RTD معمولا بر اساس مقاومت‌شان (بر حسب اهم) در دمای صفر درجه سیلیسیوس (ºC 0) نام‌گذاری می‌شوند. معروف‌ترین آنها، المان Ω ۱۰۰ است، به این معنی که در دمای ºC 0 باید مقاومت Ω ۱۰۰ از خود نشان دهد.

سنسور RTD چیست

فلزات تشکیل دهنده سنسور RTD چیست ؟

پلاتین معروف‌ترین فلزی است که به دلیل ویژگی‌های زیر برای ساخت المان‌های RTD استفاده می‌شود: (۱) از نظر شیمیایی خنثی است، (۲) رابطه دما با مقاومت در آن تقریبا خطی است، (۳) ضریب دمای مقاومت آن به اندازه کافی زیاد است تا بتوان تغییرات مقاومت با دما را اندازه‌گیری کرد و (۴) پایدار است (مقاومت دمایی آن با زمان تغییر چندانی نمی‌کند).

سایر فلزاتی که اغلب در ساخت المان‌های مقاومتی در RTDها استفاده می‌شوند عبارتند از نیکل، مس و بالکو[۱].

المان‌های RTD معمولا به یکی از سه حالت زیر ساخته می‌شوند: (۱) رسوب یا چاپ لایه پلاتین یا شیشه فلزی برروی زیرلایه سرامیکی تخت که به المان‌های RTD «لایه نازک» معروف هستند، (۲) پیچیدن سیم فلزی یا پلاتین دور ماسوره شیشه‌ای یا سرامیکی و درزبندی آن با پوششی از شیشه مذاب که به المان‌های RTD «سیم‌پیچی» معروف هستند، و (۳) المان پیچیده‌شده که از قرار دادن سیم‌پیچ کوچکی در داخل حفره عایق سرامیکی و اتصال آن به یک سمت حفره تشکیل می‌شود. از میان این سه المان RTD، المان لایه نازک مقاومت‌تر است و در طول زمان دقت بهتری دارد.

چرا گاهی RTDها را RTDهای ۲، ۳ یا ۴ سیمی می‌نامند؟ و چرا باید به یک RTD سیمی به جای سایر RTDها نیاز خواهد بود؟

طبق یک قاعده کلی، هر چه تعداد سیم‌های RTD بیشتر باشد، دقت آن بیشتر است. RTD کاملا از پلاتین ساخته نمی‌شود. صرفنظر از سایر مسایل، ساخت تمام RTD از پلاتین برای اکثر کاربردها بسیار گران‌قیمت خواهد بود. در نتیجه، فقط المان‌های کوچک RTD از پلاتین ساخته می‌شوند. برای استفاده از مقدار مقاومت المان RTD، باید این مقاومت به دستگاه اندازه‌گیری منتقل شود. برای این کار از سیم مسی با روکش عایق برای اتصال المان RTD به دستگاه اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

همانند پلاتین، مس نیز مقاومت الکتریکی دارد. مقاومت در امتداد سیم مسی می‌تواند بر مقدار مقاومت اندازه‌گیری‌شده توسط دستگاه متصل به RTD تاثیر بگذارد. در RTDهای دو سیمی وسیله‌ای برای محاسبه مقاومت مربوط به سیم مسی وجود ندارد تا بتوان مقاومت سیم مسی را کاهش داد و مقاومت اندازه‌گیری‌شده را به درستی به دمای المان RTD مرتبط دانست. در نتیجه، RTDهای دوسیمی معمولا برای اندازه‌گیری تقریبی دما استفاده می‌شوند.

RTDهای سه سیمی بیشتر در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. این RTDها معمولا از مدار اندازه‌گیری پل وتستون برای جبران مقاومت سیم مسی (مطابق شکل زیر) استفاده می‌کنند.

شماتیک سنسور RTD

در یک RTD سه سیمی، طول سیم‌های A و B باید یکسان باشد. این طول اهمیت زیادی دارد زیرا هدف از طراحی پل وتستون، ایجاد امپدانس در سیم‌های A و B (این سیم‌ها به عنوان پایه‌های پل وتستون عمل می‌کنند) و حذف سایر امپدانس‌ها است تا در نهایت سیم C به عنوان سیم اصلی اندازه‌گیری بتواند جریان‌های بسیار کوچک (در محدوده میکروآمپر) را از خود عبور دهد.

RTDهای چهار سیمی دقت بیشتری از RTDهای سه سیمی دارند زیرا می‌توانند مقاومت سیم‌ها را، بدون توجه به طول هر سیم، به طور کامل جبران کنند. به این ترتیب، با صرف هزینه نسبتا کم برای افزایش سیم مسی می‌توان دقت اندازه‌گیری را به طور چشمگیری افزایش داد.

اجزای اصلی RTD ها چه هستند؟

1. ۱- المان مقاومتی پلاتینی RTD: بخش اصلی اندازه‌گیری دما در RTD است. طول این المان از یک‌هشتم اینچ تا ۳ اینچ می‌تواند متغیر باشد. گزینه‌های زیادی وجود دارد. ضریب دمایی استاندارد α=۰٫۰۰۳۸۵ و مقاومت استاندارد در ºC 0 برابر Ω ۱۰۰ است.
2. ۲- قطر خارجی RTD: قطر خارجی RTD در US معمولا یک‌چهارم اینچ و در سایر کاربردها mm 6 (236/0 اینچ) است. با این حال، قطر خارجی در محدوده ۰۶۳/۰ تا ۵۰۰/۰ اینچ قرار دارد.
3. لوله RTD: معمولا برای کاربرد تا دمای ºF 500 از فولاد زنگ‌نزن ۳۱۶ استفاده می‌شود. برای دماهای بالاتر از ºF 500 بهتر است از اینکونل ۶۰۰ استفاده شود.
4. ۳- اتصال فرایند RTD: اتصال فرایند شامل تمام اتصالات استانداردی می‌شود که برای ترموکوپل‌ها استفاده می‌شوند (یعنی اتصالات فشاری، جوشی، فنری و غیره).
5. ۴- انواع سیم‌کشی RTD: RTDها به سه حالت ۲، ۳ و ۴ سیمی ساخته می‌شوند. RTD سه سیمی بیشترین کاربرد را در صنعت دارد. معمولا از تفلون و فایبرگلاس برای عایق کردن سیم استفاده می‌شود. تفلون در برابر رطوبت مقاوم است و تا ºF 400 دما را تحمل می‌کند. فایبرگلاس را می‌توان تا ºF 1000 استفاده کرد.
6. ۵- اتصال انتهایی سرد RTD: برای اتصال انتهای سرد RTD می‌توان از دوشاخه، سیم لخت، ترمینال و سایر اتصالات متداول برای ترموکوپل‌ها استفاده کرد.