Erstellen eines RTD-Temperaturmessers

In diesem Beitrag lernen wir die Herstellung eines RTD-Temperaturmessers und lernen anhand von Formeln verschiedene RTDs und ihre Arbeitsprinzipien kennen.

Was ist eine FTE?

Ein RTD- oder Widerstandstemperaturdetektor erkennt den Unterschied oder eine Erhöhung des Widerstands des Sensormetalls, wenn es Wärme ausgesetzt wird.

Diese Änderung der Temperatur des Elements, die direkt proportional zur Wärme ist, liefert eine direkte Ablesung der angewendeten Temperaturniveaus.

Der Artikel erklärt, wie RTDS funktionieren und wie eine einfache Hochtemperatursensorschaltung mit einem hausgemachten RTD-Gerät hergestellt wird.

Ein direkter Messwert in Form variierender Widerstandswerte kann durch Erhitzen einer gewöhnlichen 'Heizspule' oder eines 'Eisen' -Elements erhalten werden.

Der Widerstand, der der unterworfenen Wärme direkt entspricht, entspricht der angelegten Wärme und wird über ein gewöhnliches digitales Ohmmeter messbar. Mehr erfahren.

Funktionsweise von RTD-Temperaturmessgeräten

Allen Metallen ist diese grundlegende Eigenschaft gemeinsam, dh sie ändern ihren Widerstand oder den Leitfähigkeitsgrad als Reaktion auf Hitze oder steigende Temperaturen. Der Widerstand eines Metalls nimmt mit seiner Erwärmung zu und umgekehrt. Diese Eigenschaft von Metallen wird bei FTE ausgenutzt.

Die obige Änderung des Widerstands des Metalls hängt offensichtlich mit dem elektrischen Strom zusammen und bedeutet, dass, wenn Strom durch ein Metall fließt, das einer gewissen Temperaturänderung ausgesetzt ist, dem angelegten Strom entsprechende Widerstandsniveaus geboten werden.

Der Strom ändert sich daher auch proportional zum variierenden Widerstand des Metalls. Diese Änderung des Stromausgangs wird direkt über ein entsprechend kalibriertes Messgerät abgelesen. Auf diese Weise fungiert ein RTD-Temperaturmesser im Grunde genommen als thermischer Sensor oder Wandler.

RTDs werden üblicherweise bei 100 Ohm spezifiziert, was bedeutet, dass das Element einen Widerstand von 100 Ohm bei null Grad Celsius aufweisen sollte.

RTDs bestehen im Allgemeinen aus dem Edelmetall Platin aufgrund seiner hervorragenden metallischen Eigenschaften wie Inertheit gegenüber Chemikalien, guter linearer Reaktion auf Temperatur-Widerstands-Gradienten, großem Widerstandstemperaturkoeffizienten, größerem Messbereich und Stabilität (Fähigkeit, Temperaturen zu halten und einzuschränken) plötzlicher Wechsel).

Hauptteile einer FTE

Die obige Abbildung eines einfachen RTD-Temperaturmessers zeigt das grundlegende Design eines Standard-RTD-Geräts. Es handelt sich um einen einfachen Thermowandler, der die folgenden Hauptkomponenten umfasst:

Ein Außengehäuse, das aus hitzebeständigem Material wie Glas oder Metall besteht und außen abgedichtet ist.

Das obige Gehäuse umschließt einen dünnen Metalldraht, der als Wärmemelderelement verwendet wird.

Das Element wird über zwei externe flexible Drähte abgeschlossen, die als Stromquelle für den Wandler oder das eingeschlossene Metallelement dienen.

Das Drahtelement wird präzise in das Gehäuse eingesetzt, sodass es proportional über die gesamte Länge des Gehäuses verteilt ist.

Was ist Widerstand?

Das grundlegende Arbeitsprinzip von Widerstandsthermometern basiert auf der Tatsache, dass die meisten Leiter bei unterschiedlichen Temperaturen eine lineare Variation ihrer Grundcharakteristik (Leitfähigkeit oder Widerstand) aufweisen.

Gerade der spezifische Widerstand des Metalls ändert sich bei unterschiedlichen Temperaturen erheblich.

Diese Änderung des spezifischen Widerstands eines Metalls entsprechend den angewendeten Temperaturänderungen wird als Widerstandstemperaturkoeffizient oder Alpha bezeichnet und durch die folgende Formel ausgedrückt:

alpha = d (rho) / dT = dR / dT Ohm / oC (1)

Dabei ist Rho der spezifische Widerstand des Elements oder des verwendeten Drahtmetalls. R ist der Widerstand in Ohm mit einer bestimmten Konfiguration.

So berechnen Sie den spezifischen Widerstand

Die obige Formel kann ferner angewendet werden, um die Temperatur eines unbekannten Systems durch den allgemeinen Ausdruck von R zu bestimmen, wie in der folgenden Gleichung angegeben:

R = R (0) + Alpha (0 Grad + Tx), wobei R (0) der Widerstand des Sensors bei null Grad Celsius und Tx die Temperatur des Elements ist.

Der obige Ausdruck kann vereinfacht und geschrieben werden als:

Tx = {R - R (0)} / alpha Wenn daher R = R (0) ist, ist Tx = 0 Grad Celsius, oder wenn R> R (0), Tx> Null Grad Celsius, jedoch bei R> R (0) ), Tx<0 degree Celsius.

Es ist wichtig zu beachten, dass die angelegte Temperatur gleichmäßig über die gesamte Länge des Sensorelements verteilt sein muss, um zuverlässige Ergebnisse bei Verwendung von Widerstandsthermometern zu erzielen. Andernfalls kann es zu ungenauen und inkonsistenten Messwerten am Ausgang kommen.

Arten von RTDs

Die oben erläuterten Bedingungen beziehen sich auf die Funktion einer Basis-RTD vom Zweidraht-Typ, jedoch sind aufgrund vieler praktischer Einschränkungen eine Zweidraht-RTD niemals genau.
Um die Geräte genauer zu machen, werden normalerweise zusätzliche Schaltkreise in Form einer Weizensteinbrücke eingebaut.
Diese RTDs können als 3-Draht- und 4-Draht-Typen klassifiziert werden.

Drei-Draht-RTD: Das Diagramm zeigt typische 3-Draht-RTD-Verbindungen. Hier fließt der Messstrom durch L1 und L3, während sich L3 wie eine der Potentialleitungen verhält.

Solange sich die Brücke im ausgeglichenen Zustand befindet, fließt kein Strom über L2, obwohl sich L1 und L3 in getrennten Armen des Wheatstone-Netzwerks befinden, werden die Widerstände aufgehoben und nehmen eine hohe Impedanz über Eo an. Außerdem werden Widerstände zwischen L2 und L3 gehalten bei identischen Werten.

Der Parameter gewährleistet die Verwendung von maximal 100 Metern Kabel, die vom Sensor bis zum Empfangsstromkreis abgeschlossen werden müssen, und hält die Genauigkeit dennoch innerhalb von 5% der Toleranzwerte.

Vierdraht-Widerstandsthermometer: Der Vierdraht-Widerstandsthermometer ist wahrscheinlich die effizienteste Technik, um genaue Ergebnisse zu erzielen, selbst wenn die tatsächliche RTD weit entfernt von der Monitoranzeige platziert ist.

Das Verfahren hebt alle Kabelabweichungen auf, um äußerst genaue Messwerte zu erhalten. Das Funktionsprinzip basiert auf der Zufuhr eines konstanten Stroms durch den Widerstandsthermometer und der Messung der Spannung über diesem durch ein hochohmiges Messgerät.

Das Verfahren eliminiert die Einbeziehung eines Brückennetzwerks und liefert dennoch viele glaubwürdige Ausgaben. Die Abbildung zeigt ein typisches Vierdraht-RTD-Verdrahtungslayout. Hier wird ein genau dimensionierter konstanter Strom, der von einer geeigneten Quelle abgeleitet wird, über L1, L4 und den RTD angelegt.

Ein proportionales Ergebnis wird über L2 und L3 direkt über den Widerstandsthermometer verfügbar und kann unabhängig von seinem Abstand vom Sensorelement mit einem hochohmigen DVM gemessen werden. Hier werden L1, L2, L3 und L4, die die Widerstände der Drähte sind, zu unbedeutenden Werten, die keinen Einfluss auf die tatsächlichen Messwerte haben.

Wie man einen hausgemachten RTD-Hochtemperatursensor herstellt

Eine Hochtemperatursensoreinheit kann unter Verwendung eines gewöhnlichen 'Heizelements' wie einer Heizspule oder eines 'Eisen' -Elements konstruiert werden. Das Funktionsprinzip basiert auf den obigen Diskussionen.

Die Verbindungen sind einfach und müssen nur wie im folgenden DIAGRAMM gezeigt aufgebaut werden.