عمل دائرة عداد درجة حرارة RTD

في هذا المنشور نتعلم كيفية صنع دائرة قياس درجة الحرارة RTD ، ونتعرف أيضًا على RTDs المختلفة ومبادئ عملها من خلال الصيغ.

ما هو RTD

يعمل جهاز RTD أو كاشف درجة الحرارة المقاومة من خلال اكتشاف الفرق أو الزيادة في مقاومة معدن المستشعر عند تعرضه للحرارة.

هذا التغيير في درجة حرارة العنصر الذي يتناسب طرديا مع الحرارة ، يوفر قراءة مباشرة لمستويات درجة الحرارة المطبقة.

تشرح المقالة كيفية عمل rtds وأيضًا كيفية إنشاء دائرة مستشعر درجة حرارة عالية بسيطة باستخدام جهاز RTD محلي الصنع.

يمكن الحصول على قراءة مباشرة في شكل قيم مقاومة متغيرة عن طريق تسخين 'ملف تسخين' عادي أو عنصر 'حديد'.

المقاومة المكافئة مباشرة للحرارة المعرضة ، تتوافق مع الحرارة المطبقة وتصبح قابلة للقياس عبر مقياس أوم رقمي عادي. يتعلم أكثر.

كيف تعمل عدادات درجة الحرارة RTD

تشترك جميع المعادن في هذه الخاصية الأساسية ، أي أنها تغير جميعها مقاومتها أو درجة التوصيل استجابة للحرارة أو ارتفاع درجات الحرارة. تزداد مقاومة المعدن مع تسخينه والعكس صحيح. يتم استغلال خاصية المعادن هذه في RTDs.

من الواضح أن الاختلاف أعلاه في مقاومة المعدن مرتبط بالتيار الكهربائي ويعني أنه إذا تم تمرير التيار عبر معدن يخضع لبعض التغيرات في درجة الحرارة ، فسيوفر مستويات مقابلة من المقاومة للتيار المطبق.

وبالتالي ، يختلف التيار أيضًا بشكل متناسب مع المقاومة المتغيرة للمعدن ، ويتم قراءة هذا التباين في الناتج الحالي مباشرة عبر مقياس معاير بشكل مناسب. هذه هي الطريقة التي يعمل بها مقياس درجة الحرارة RTD كمستشعر حراري أو محول طاقة.

يتم تحديد RTDs بشكل عام عند 100 أوم ، مما يعني أن العنصر يجب أن يُظهر مقاومة 100 أوم عند درجة صفر مئوية.

تتكون RTDs عمومًا من معدن البلاتين النبيل نظرًا لخصائصه المعدنية الممتازة مثل الخمول تجاه المواد الكيميائية ، والاستجابة الخطية الجيدة لدرجة الحرارة مقابل التدرج المقاوم ، ومعامل درجة حرارة المقاومة الكبيرة ، وتوفير نطاق أوسع من القياسات ، والاستقرار (القدرة على الاحتفاظ بدرجات الحرارة وتقييد تغيير مفاجئ).

الأجزاء الرئيسية من RTD

يوضح الشكل أعلاه لمقياس درجة حرارة RTD بسيط التصميم الأساسي لجهاز RTD القياسي. إنه نوع بسيط من المحولات الحرارية التي تتكون من المكونات الرئيسية التالية:

حاوية خارجية ، تتكون من بعض المواد المقاومة للحرارة مثل الزجاج أو المعدن ومختومة من الخارج.

يحتوي الغلاف أعلاه على سلك معدني رفيع يستخدم كعنصر للكشف عن الحرارة.

يتم إنهاء العنصر من خلال سلكين مرنين خارجيين يعملان كمصدر حالي لمحول الطاقة أو العنصر المعدني المغلق.

يتم ضبط عنصر السلك بدقة داخل العلبة بحيث يتم توزيعه بشكل متناسب عبر طول العلبة بالكامل.

ما هي المقاومة

يعتمد مبدأ العمل الأساسي لـ RTDs على حقيقة أن معظم الموصلات تظهر اختلافًا خطيًا في خصائصها الأساسية (التوصيل أو المقاومة) ، عند تعرضها لدرجات حرارة متفاوتة.

إن مقاومة المعدن بالتحديد هي التي تتغير بشكل كبير استجابة لدرجات الحرارة المتغيرة.

يُطلق على هذا الاختلاف في مقاومة المعدن المقابل للتغيرات المطبقة في درجات الحرارة معامل درجة حرارة المقاومة أو ألفا ويتم التعبير عنه من خلال الصيغة التالية:

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

حيث rho هي مقاومة العنصر أو المعدن السلكي المستخدم ، R هي مقاومته في أوم بتكوين محدد.

كيفية حساب المقاومة

يمكن تطبيق الصيغة أعلاه بشكل أكبر لتحديد درجة حرارة نظام غير معروف من خلال التعبير العام لـ R كما هو موضح في المعادلة التالية:

R = R (0) + alpha (0 درجة + Tx) ، حيث R (0) هي مقاومة المستشعر عند درجة صفر مئوية و Tx هي درجة حرارة العنصر.

يمكن تبسيط التعبير أعلاه وكتابته على النحو التالي:

Tx = {R - R (0)} / alpha لذلك ، عندما تكون R = R (0) ، Tx = 0 درجة مئوية ، أو عندما R> R (0) ، Tx> صفر درجة مئوية ، ولكن عند R> R (0 ) ، Tx<0 degree Celsius.

سيكون من المهم ملاحظة أنه لتحقيق نتائج موثوقة أثناء استخدام RTDs ، يجب توزيع درجة الحرارة المطبقة بشكل موحد على طول عنصر الاستشعار بالكامل ، وقد يؤدي عدم القيام بذلك إلى قراءات غير دقيقة وغير متسقة عند الإخراج.

أنواع RTDs

تشير الشروط الموضحة أعلاه إلى عمل RTD الأساسي من نوع سلكين ، ولكن نظرًا للعديد من القيود العملية ، فإن RTD بسلكين ليست دقيقة أبدًا.
لجعل الأجهزة أكثر دقة ، يتم عادةً دمج الدوائر الإضافية على شكل جسر من حجر القمح.
يمكن تصنيف RTDs على أنها أنواع 3 أسلاك و 4 أسلاك.

Three Wire RTD: يُظهر الرسم البياني وصلات RTD ثلاثية الأسلاك النموذجية. هنا ، يتدفق تيار القياس عبر L1 و L3 بينما يتصرف L3 كواحد من الخيوط المحتملة.

طالما أن الجسر في حالة متوازنة ، فلا يمر تيار عبر L2 ، ولكن L1 و L3 في أذرع منفصلة لشبكة حجر القمح ، يتم إلغاء المقاومة وتفترض مقاومة عالية عبر Eo ، كما يتم الاحتفاظ بالمقاومات بين L2 و L3 بقيم متطابقة.

تضمن المعلمة استخدام حد أقصى يبلغ 100 متر من الأسلاك ليتم إنهاؤها من المستشعر حتى دائرة الاستقبال مع الحفاظ على الدقة في حدود 5٪ من مستويات التسامح.

أربعة أسلاك RTD: من المحتمل أن يكون RTD ذو الأسلاك الأربعة هو الأسلوب الأكثر كفاءة لإنتاج نتائج دقيقة حتى عندما يتم وضع rtd الفعلي على مسافات بعيدة من شاشة العرض.

تلغي الطريقة جميع التناقضات في أسلاك الرصاص لإنتاج قراءات دقيقة للغاية. يعتمد مبدأ التشغيل على توفير تيار ثابت من خلال RTD وقياس الجهد عبره من خلال جهاز قياس مقاومة عالية.

هذه الطريقة تلغي إدراج شبكة الجسر وتقدم مع ذلك الكثير من المخرجات الموثوقة. يوضح الشكل مخططًا نموذجيًا لأسلاك RTD بأربعة أسلاك هنا يتم تطبيق تيار ثابت ذي أبعاد دقيقة مشتق من مصدر مناسب من خلال L1 و L4 و RTD.

تصبح النتيجة النسبية متاحة بشكل مباشر عبر RTD من خلال L2 و L3 ويمكن قياسها باستخدام DVM عالي المقاومة ، بغض النظر عن بعده عن عنصر الاستشعار. هنا ، L1 ، L2 ، L3 ، و L4 التي هي مقاومات الأسلاك ، تصبح قيمًا تافهة ليس لها تأثير على القراءات الفعلية.

كيفية صنع مستشعر درجة حرارة عالية RTD محلي الصنع

يمكن تصميم وحدة استشعار درجة الحرارة العالية باستخدام 'عنصر سخان' عادي مثل ملف السخان أو عنصر 'الحديد'. يعتمد مبدأ العملية على المناقشات المذكورة أعلاه.

الاتصالات بسيطة وتحتاج فقط إلى الإنشاء كما هو موضح في الرسم البياني التالي.