Nazovite nas: + 33 2 33 61 16 70
Sonda i senzor otpora

Osjetnik temperature otpora

Senzori otpora (RTD) dizajnirani su pomoću tanke žice sitotiskane na pravokutnoj keramičkoj ploči ili omotane oko keramičke ili staklene jezgre. Žica je čisti materijal, obično platina, nikal ili bakar. Materijal ima precizan odnos otpor/temperatura koji se koristi za indikaciju temperature. Budući da su RTD elementi lomljivi, često su smješteni u plastični ili metalni predmet kako bi formirali temperaturnu sondu.

Odnos otpora i temperature metala

Uobičajeni RTD osjetni elementi izrađeni od platine, bakra ili nikla imaju ponovljivi odnos temperature i otpora (R / T) i raspon radnih temperatura. Odnos R / T definiran je kao količina promjene otpora senzora po stupnju promjene temperature. Relativna varijacija otpora (koeficijent toplinskog otpora) varira vrlo malo tijekom korisnog raspona senzora.

1% 20bis.jpg

Platina je predložena na Bakerijskoj konferenciji 1871. godine: plemeniti je metal koji pokazuje najstabilniji odnos otpora i temperature u najširem temperaturnom rasponu. Elementi nikla imaju ograničeno temperaturno područje, jer R / T postaje nelinearan na temperaturama iznad 300 ° C. Bakar ima vrlo linearni odnos otpora i temperature; međutim, bakar oksidira na umjerenim temperaturama i ne može se koristiti iznad 150 ° C.

Značajna karakteristika metala koji se koriste kao otporni elementi je linearna aproksimacija odnosa otpora i temperature između 0 i 100 ° C. Ovaj temperaturni koeficijent otpora označava se α i obično se daje u jedinicama Ω / (Ω ° C):

  = (R100-R0) / (100°C. R0)

gdje

R0 je otpor senzora na 0 ° C,

R100 je otpor senzora na 100 ° C.

Čista platina a α = 0,003925 Ω / (Ω ° C) u rasponu od 0 do 100 ° C koristi se u izradi laboratorijskih senzora otpora. Suprotno tome, dva priznata standarda za industrijske RTD-ove IEC 60751 i ASTM E-1137 navode α = 0,00385 Ω / (Ω · ° C). Prije širokog usvajanja ovih standarda, korišteno je nekoliko različitih vrijednosti α. Još uvijek je moguće pronaći starije platinaste senzore s α = 0.003916 Ω / (Ω · ° C) i 0.003902 Ω / (Ω · ° C).

Ove različite vrijednosti α za platinu dobivaju se dopingom pažljivim unošenjem nečistoća u platinu. Nečistoće unesene tijekom dopinga prodiru u rešetkastu strukturu platine i uzrokuju drugačiju krivulju R u odnosu na T, a time i vrijednost α.

Kalibracija

2_2.pngKalibracija s fiksnom točkom Da bi se okarakterizirala veza R vs T bilo kojeg RTD-a u temperaturnom rasponu koji predstavlja predviđeni opseg uporabe, kalibraciju treba izvesti na temperaturama različitim od 0 ° C i 100 ° C. To je neophodno kako bi se udovoljilo zahtjevima kalibracije. Iako se smatra da RTD-ovi rade linearno, mora se dokazati da su točni s obzirom na temperature na kojima će se stvarno koristiti. Uobičajene metode kalibracije su metoda s fiksnom točkom i metoda usporedbe.

Koristi se za najpreciznije kalibracije u mjeriteljskim laboratorijima. Koristi trostruku točku, ledište ili talište čistih tvari kao što su voda, cink, kositar i argon za stvaranje poznate i ponovljive temperature. Te stanice omogućuju korisniku reprodukciju stvarnih uvjeta mjerne temperature ITS-90. Kalibracije s fiksnom točkom pružaju izuzetno precizne kalibracije (do ± 0,001 ° C). Ledena kupka uobičajena je metoda kalibracije s fiksnom točkom za industrijske senzore. Oprema je jeftina, jednostavna za upotrebu i može smjestiti više senzora odjednom. Ledena točka označena je kao sekundarni standard jer je njena točnost ± 0,005 ° C, u usporedbi s ± 0,001 ° C za glavne fiksne točke.

Usporedne kalibracije

Obično se koristi sa sekundarnim SPRT-ovima i industrijskim RTD-ima. Termometri koji se baždare uspoređuju se s termometrima baždarenim pomoću kupke ravnomjerno stabilne temperature. Za razliku od kalibracija s fiksnom točkom, usporedbe se mogu napraviti na bilo kojoj temperaturi između -100 ° C i 500 ° C. Ova bi metoda mogla biti isplativija, jer se više senzora može istovremeno kalibrirati s automatiziranom opremom. Ove električno zagrijane i dobro promiješane kupke koriste silikonska ulja i rastopljene soli kao medij za različite kalibracijske temperature.

Koje su vrste otpornih elemenata?

Tri glavne kategorije RTD senzora su tanki film i elementi zavojnice. Iako su ove vrste najčešće korištene u industriji, koriste se i drugi egzotičniji oblici; na primjer, ugljični otpornici koriste se na ekstremno niskim temperaturama (-173 ° C do -273 ° C). Više informacija.

Elementi otporni na ugljik

Jeftine su i široko se koriste. Imaju ponovljive rezultate na niskim temperaturama. Oni su najpouzdaniji oblik na ekstremno niskim temperaturama. Nisu podložni velikoj histerezi ili učinku manometra.

Neograničeni elementi

Upotrijebite kalem žice koji je minimalno poduprt u zatvorenom kućištu napunjenom inertnim plinom. Ti senzori rade do 961,78 ° C i koriste se u SPRT-ovima koji definiraju ITS-90. Izrađene su od platinaste žice lagano namotane na potpornu strukturu, tako da se element može slobodno širiti i stezati s temperaturom. Vrlo su osjetljivi na udarce i vibracije, jer se platinasti uvojci mogu njihati i iskriviti.

Elementi tankog filma

Imati osjetljivi element koji nastaje taloženjem vrlo tankog sloja otpornog materijala, obično platine, na keramičku podlogu (oplata). Ovaj je sloj obično debeo od 10 do 100 ångströma (1 do 10 nanometara). Zatim je ovaj film presvučen epoksidom ili staklom koji pomažu u zaštiti nataloženog filma, a ujedno služi i kao rasterećenje napona vanjskih vodljivih žica. Loše strane ove vrste su što nisu stabilne kao njihovi ranjeni kolege. Također se mogu koristiti samo u ograničenom temperaturnom rasponu zbog različitih brzina širenja podloge i otpornog nanošenja, što daje vidljivi učinak "mjerača naprezanja" na koeficijent otporne temperature. Ti elementi djeluju na temperaturama do 300 ° C bez daljnjeg pakiranja, ali mogu raditi i do 600 ° C ako su pravilno zatvoreni u staklo ili keramiku. Posebni visokotemperaturni RTD elementi mogu se koristiti do 900 ° C s pravom kapsulacijom.

Namotani elementi

može imati veću preciznost, posebno za široke temperaturne opsege. Promjer kalema nudi kompromis između mehaničke stabilnosti i širenja žice kako bi se smanjila naprezanja i nastali zanos. Osjetna žica je namotana oko trna ili izolacijske jezgre. Jezgra namota može biti okrugla ili ravna, ali mora biti električni izolator. Koeficijent toplinskog širenja materijala jezgre zavojnice usklađen je s osjetnom žicom kako bi se smanjilo svako mehaničko naprezanje. Ovo naprezanje žice elementa uzrokovat će pogrešku toplinskog mjerenja. Osjetna žica povezana je s većom žicom, koja se obično naziva žicom ili elementom elementa. Ova je žica odabrana da bude kompatibilna sa osjetnom žicom, tako da kombinacija ne generira elektromotornu silu koja bi iskrivila mjerenje topline.

Namotani elementi

U velikoj su mjeri zamijenili elemente zavojnica u industriji. Ovaj dizajn ima kalem od žice koji se može slobodno širiti preko temperature, a drži ga mehanički nosač, koji omogućava da kalem zadržava svoj oblik. Ovaj dizajn bez naprezanja omogućuje da se osjetna žica širi i skuplja bez utjecaja drugih materijala; s tim u vezi sličan je SPRT-u, glavnom standardu na kojem se temelji ITS-90, istovremeno pružajući trajnost potrebnu za industrijsku upotrebu. Baza osjetnog elementa je mala zavojnica platinske osjetljive žice. Ova zavojnica izgleda poput niti u žarulji sa žarnom niti. Kućište ili trn je tvrdo pečena keramička oksidna cijev s jednako udaljenim otvorima koji se pružaju poprečno na osi. Zavojnica se umetne u provrte trna, a zatim se napuni vrlo fino mljevenim keramičkim prahom. To omogućuje pomicanje osjetne žice dok ostaje u toplinskom kontaktu s postupkom. Ti elementi djeluju na temperaturama do 850 ° C.

Trenutni međunarodni standard koji određuje toleranciju i odnos između otpora i električnog otpora termometra otpornih na platinu je IEC 60751: 2008; ASTM E1137 također se koristi u Sjedinjenim Državama. Najčešće korišteni uređaji u industriji imaju nominalni otpor od 100 ohma na 0 ° C i nazivaju se Pt100 senzori ("Pt" je simbol za platinu, "100" je otpor u ohima na 0 ° C). Također je moguće dobiti senzore Pt1000, gdje je 1000 otpor u ohima na 0 ° C. Osjetljivost standardnog senzora od 100 Ω je 0,385 Ω / ° C. RTD-ovi s osjetljivošću od 0,375 i 0,392 Ω / ° C, kao kao i mnogi drugi, također su dostupni.

Kako djeluje senzor otpora?

Otporni termometri izrađeni su u više oblika i u nekim slučajevima nude superiornu stabilnost, točnost i ponovljivost od termoelemenata. Dok termoparovi koriste Seebeckov efekt za stvaranje napona, otporni termometri koriste električni otpor i za rad im je potreban izvor napajanja. Otpor idealno varira gotovo linearno s temperaturom prema Callendar - Van Dusenovoj jednadžbi.

Da bi ostala stabilna, platinasta žica mora biti zaštićena od onečišćenja. Platinasta žica ili film poduprt je na šablonu kako bi se postiglo minimalno diferencijalno širenje ili druge deformacije šablona, ​​dok se razumno odupire vibracijama. Željezni ili bakreni RTD sklopovi također se koriste u nekim primjenama. Komercijalne vrste platine imaju koeficijent otpornosti na temperaturu od 0,00385 / ° C (0,385% / ° C) (europski temeljni interval). Senzor je obično dizajniran da ima otpor od 100 Ω na 0 ° C. To je definirano u BS EN 60751: 1996 (preuzeto iz IEC 60751: 1995). Američki temeljni interval je 0,00392 / ° C, temeljen na upotrebi čistijeg platina od europskog standarda. Američki standard potječe od SAMA (udruge proizvođača znanstvenih aparata), koja više nije u ovom području standarda.

Otpor olovne žice također može biti faktor; Usvajanjem tri i četverožične veze, umjesto dvije žice, može se oduzeti otpor veza. Trožična veza je u većini slučajeva dovoljna i gotovo je univerzalna industrijska praksa. Četverožične veze koriste se za najpreciznije primjene.

Prednosti i ograničenja

Prednosti termometra otpornih na platinu:

- Visoka točnost

- Niski zanos

- Širok opseg rada

- Pogodno za precizne primjene

Ograničenja:

RTD-ovi u industrijskoj primjeni rijetko se koriste iznad 660 ° C. Na temperaturama iznad 660 ° C sve je teže spriječiti da platina bude onečišćena nečistoćama iz metalne ovojnice termometra. Zbog toga standardni laboratorijski termometri zamjenjuju metalni plašt staklenom konstrukcijom. Na vrlo niskim temperaturama, na primjer ispod -270 ° C (3 K), zbog oskudice fonona, otpor RTD-a prvenstveno se određuje nečistoćama i graničnim raspršivanjem, te je stoga u osnovi neovisan o temperaturi. Kao rezultat, osjetljivost RTD-a u osnovi je nula i stoga nepotrebna.

U usporedbi s termistorima, platinasti RTD-i manje su osjetljivi na male temperaturne promjene i imaju sporije vrijeme odziva. Međutim, termistori imaju manji temperaturni raspon i stabilnost.

RTD vs termoparovi

Dvije najčešće metode mjerenja temperature za industrijsku primjenu su otporni detektori temperature (RTD) i termoelementi. Izbor između njih obično određuju četiri čimbenika.

Temperatura

Ako je temperatura procesa između -200 i 600 ° C (za posebne potrebe možemo ponuditi Platinum senzore do 1000 ° C), RTD je najprikladnija opcija. Termoparovi imaju raspon od -270 do 2 ° C.

Vrijeme odziva

Ako postupak zahtijeva vrlo brzu reakciju na promjene temperature, termoelement je najbolji izbor. Vrijeme odziva mjeri se potapanjem senzora u vodu koja se kreće brzinom od 1 m / s. Vrijeme potrebno za postizanje 63,2% zadane vrijednosti odgovara vremenu odziva.

Veličina

Standardni RTD plašt ima promjer od 1,5 mm do + 6 mm; promjer plašta termoelementa može biti manji od 1,5 mm.

Zahtjevi za preciznošću i stabilnošću

Ako je tolerancija od 2 ° C prihvatljiva i ako nije potrebna najviša razina ponovljivosti, koristit će se termoelement. RTD-ovi su sposobni za veću preciznost i mogu održavati stabilnost dugi niz godina, dok termoparovi mogu odnijeti tijekom prvih nekoliko sati uporabe.

Gradnja

Ovi elementi gotovo uvijek zahtijevaju izolirane vodiče. PVC, silikonska guma ili PTFE izolacija koriste se na temperaturama ispod oko 250 ° C. Iznad toga koriste se stakloplastika ili keramika. Mjerno mjesto, i općenito većina vodiča, zahtijeva zaštitno kućište ili čahuru, često izrađenu od metalne legure, kemijski inertne prema procesu koji se prati. Odabir i dizajn zaštitnih ovojnica može zahtijevati više pažnje nego sam senzor, jer se moraju oduprijeti kemijskim ili fizičkim napadima i osigurati prikladne točke pričvršćivanja.

Konfiguracije ožičenja

Dvožična konfiguracija

Najjednostavnija konfiguracija otpornog termometra koristi dvije žice. Koristi se samo kada nije potrebna visoka točnost, jer otpor spojnih žica dodaje otpor senzora, što rezultira pogreškama u mjerenju. Ova konfiguracija omogućuje upotrebu 100 metara kabela. To se također odnosi na uravnoteženi most i sustav fiksnih mostova.

Za uravnoteženi most uobičajena je postavka R2 = R1 i R3 u sredini raspona RTD. Tako, na primjer, ako mjerimo između 0 i 100 ° C, otpor RTD-a bit će između 100 Ω i 138,5 Ω. Odabrali bismo R1 = 120 Ω. Na taj način dobivamo mali napon izmjeren u mostu.

Konfiguracija s tri žice

Kako bi se smanjili učinci otpora vodiča, može se koristiti trožična konfiguracija. Predložena postavka za prikazanu konfiguraciju je s R1 = R2 i R3 u sredini raspona RTD. Gledajući prikazani krug mosta Wheatstone, pad napona na donjoj lijevoj strani je V_rtd + V_lead, a donja desna veličina na V_R3 + V_lead, pa je napon mosta (V_b) razlika, V_rtd - V_R3. Otkazan je pad napona zbog otpora kabela. To se još uvijek odnosi ako su R1 = R2 i R1, R2 >> RTD, R3. R1 i R2 mogu se koristiti za ograničavanje struje kroz RTD. Na primjer, za PT100 ograničen na 1 mA i 5 V, približni granični otpor R1 = R2 = 5 / 0,001 = 5 Ohma.

Konfiguracija s četiri žice

Konfiguracija otpora od četiri žice povećava točnost mjerenja otpora. Četverokraka senzacija uklanja pad napona na ispitnim vodovima kao doprinos pogrešci. Da bi se dodatno povećala točnost, svi zaostali termoelektrični naponi generirani različitim vrstama žica ili vijčanih spojeva uklanjaju se okretanjem smjera struje od 1 mA i slavine na DVM (digitalni voltmetar). Termoelektrični naponi stvarat će se samo u jednom smjeru. Prosječnim izmjenjivanjem invertiranih mjerenja potiskuju se naponi termoelektrične pogreške.

Klasifikacije RTD-a

Standardni termometri s otpornošću na platinu (SPRT) najveća su točnost bilo kojeg PRT alata. Ova se preciznost postiže nauštrb trajnosti i troškova. SPRT elementi namotani su od referentne platinaste žice. Unutarnje olovne žice obično su platinaste, dok su unutarnji nosači kvarc ili topljeni silicij. Obloge su uglavnom izrađene od kvarca. Koristi se platinasta žica većeg promjera, što povećava troškove i smanjuje otpor senzora (obično 25,5 Ω). SPRT imaju širok raspon temperatura (-200 ° C do 1000 ° C) i točnost od približno ± 0,001 ° C u rasponu temperatura. SPRT su prikladni samo za laboratorijsku uporabu.

Sekundarni standardni termometri s otpornošću na platinu (SPRT) su još jedna klasifikacija laboratorijskih PRT-a. Građeni su poput SPRT-a, ali materijali su isplativiji. SPRT-ovi obično koriste platinastu žicu niže čistoće, metalne jakne i keramičke izolatore. Unutarnje vodljive žice uglavnom su slitine na bazi nikla. Sekundarni SPRT-ovi ograničeniji su u temperaturnom rasponu (-200 ° C do 500 ° C) i imaju približno točnost od ± 0,03 ° C za temperaturno područje.

Industrijski PRT dizajnirani su da izdrže industrijsko okruženje. Mogu biti gotovo jednako trajni poput termoelementa. Ovisno o primjeni, industrijski PRT-ovi mogu koristiti tanki film ili namotane elemente. Unutarnje olovne žice mogu se kretati od PTFE izolirane nasukane poniklane bakrene do srebrne žice, ovisno o veličini senzora i primjeni. Materijal ovojnice uglavnom je nehrđajući čelik. Ostali materijali koriste se za specijalizirane primjene.

Tražite li informacije o senzorima Pt100 i Pt1000? Idite izravno na namjensku stranicu!