سنسور RTD : سنسور RTD یا Resistance Temperature Detector به معنی حسگر مقاومتی حرارت، حسگرهای دمایی هستند که دارای یک مقاومت بوده که مقدار مقاومت خود را بر اساس تغییرات دمایی تغییر می دهند. این سنسورها چندین سال است که در آزمایشگاه ها و تولیدات صنعتی استفاده می شوند و به عنوان سنسورهایی با دقت بالا و پایدار شناخته می شوند.
توجه: این مطلب در مورد کل خانواده RTD است. برای اطلاعات در مورد سنسور پر کاربرد PT100 اینجا کلیک کنید.
برای راحتی سفارش می توانید فرم زیر را دانلود کرده و پر کنید:
بیشتر عنصرهای استفاده شده در RTD به صورت یک سیم که به صورت کامل به دور یک هسته سرامیکی یا شیشه ای پیچیده شده تشکیل می شوند. این المنت به طور معمول بسیار شکننده است به همین دلیل درون یک غلاف محافظ قرار داده می شود. المنت RTD از مواد کاملا خالص تولید می شود که مقاومت آن در دماهای مختلف به صورت کامل ثبت شده است. به همین دلیل سنسور دارای یک تغییر مقاومتی قابل پیشبینی با توجه به دمای خود دارد که همین قابل پیش بینی بودن است که باعث می شود که بتوان دمای آن را سنجید.
مزایای استفاده از سنسور RTD
سنسورهای RTD از دقیق ترین سنسورهای حرارتی موجود می باشند. این سنسورها نه فقط در دقت، بلکه در پایداری و تکرار پذیری نیز بسیار عالی هستند. RTD ها همچنین به نسبت در برابر اختلالات الکتریکی (نویز الکتریکی) مقاوم هستند و از این جهت در محیط های صنعتی، بخصوص در کنار موتورها، ژنراتورها و دیگر ابزارهای ولتاژ بالا بسیار استفاده می شوند.
داستان بوجود آمدن سنسور های RTD
سر هامفری دیوی (Sir Humphrey Davy) کشف کرد که مقاومت فلزات، یگانه وابسته به دمای آنها است. در همان سال سیبک (Seebeck) کشف خود را در برابر ترموالکتریسیته انجام داد. پنجاه سال بعد، سر ویلیام زیمنس (Sir William Siemens) استفاده از فلز پلاتینیم به عنوان عنصر مورد استفاده در دماسنج های مقاومتی پیشنهاد داد.
ساختار میله RTD
انواع سنسور RTD
میله (Probe) سنسورهای RTD از یک عنصر، غلاف، سیم سربی و یک قطع کننده (Termination) یا یک وصل کننده (Connection) تشکیل می شود. وقتی که عنصر مورد استفاده انتخاب شد سپس باید نیازهای سیم کشی و بسته بندی (محافظ و غلاف) آن تعیین گردد. چندین راه برای سیم کشی سنسورها وجود دارد و بینهایت راه برای ساختار میله و سنسور وجود دارند.
ترتیب سیم کشی RTD
برای سنجش میزان دما، عنصر RTD باید به یک ابزار مانیتورینگ یا کنترل متصل باشد. از آنجایی که سنجش دما بر اساس مقاومت عنصر انجام می شود، هر نوع مقاومت دیگری (مقاومت سیم سربی، اتصالات و …) که در مدار به وجود بیاید باعث به وجود آمدن خطا در سنجش دما خواهد بود. بجز شکل دو سیمی، بقیه ترتیب های سیم کشی اجازه تجزیه و تحلیل و خارج کردن مقاومت سرب و بقیه مقاومت های ناخواسته را توسط سیستم کنترل یا مانتیورینگ می دهند.
سنسورهایی که از ساختار سه سیم استفاده می کنند معمول ترین طراحی هستند، این ساختار در صنایع مختلف و سیستم های نظارتی (مانیتورینگ) به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. مقاومتی که توسط سیم سرب تولید می شود را میتوان حذف کرد اما فقط در صورتی که مقاومت تمامی سیمها یکی باشد. در صورت یکی نبودن در سنج سنسور خطا به وجود می آید.
مواد ساختار دهنده سیم
وقتی دارید مواد سیم سربی را مشخص می کنیم باید مواظب باشیم که سیم های سربی درستی برای گسترده دمایی و همچنین شرایط محیطی که قرار است در آن فعالیت کند انتخاب کنیم. در زمان انتخاب سیم سربی، دما مهمترین فاکتوری است که باید در نظر گرفت، هرچند خواص فیزیکی از قبیل مقاومت در برابر سایش و فرو رفتی در زیر آب نیز می توانند بسیار مهم باشند. سه ساختار معمول عبارتند از:
– میله هایی که عایق PVC دارند گسترده دمایی -۴۰ تا ۱۰۵ درجه سانتی گراد دارند. این میله ها مقاومت سایش مطلوبی دارند و در شرایط زیر آب کارایی دارند.
– میله هایی که عایق PFA دارند گسترده دمایی -۲۶۷ تا ۲۶۰ سانتی گراد دارند. این میله ها مقاومت سایش بسیار بالایی دارند و همچنین برای شرایط زیر آب عالی هستند.
– هرچند که میله های که از عایق فایبرگلاس استفاده می کنند رنج دمایی بالاتری دارند (-۷۳ تا ۴۸۲ درجه سانتی گراد) اما در برابر سایش مقاومتی خوبی ندارند و در شرایط زیر آب نیز کارایی ندارند.
ترمینال سنسورهای RTD
میله می تواند در اتصال سری قطع شود که توسط قطع سریع یا ترمینال بلاک و یا سیم توسعه امکان پذیر است. دیگر شیوه های ترمینال را نیز می توان سفارش داد.
نقشه pt100
پیکر بندی سنسورهای RTD
وقتی عنصر RTD، ترتیب بندی سیم، و ساختار سیم انتخاب شدند باید ساختار فیزیکی سنسور در نظر گرفته شود. پیکر بندی نهایی سنسور بیشتر از هر چیز دیگری به نوع کاربری آن بستگی دارد. سنجش دمای یک مایع، یک سطح یا بخار یک گاز همگی احتیاج به پیکر بندی سنسور متفاوتی دارند.
استانداردهای RTD
قبل از بررسی استانداردهای سنسورهای RTD اول باید معمول ترین عناصر مقاومتی مورد استفاده در این سنسورها را بشناسیم.
پرکاربردترین مواد مقاومتی مورد استفاده در سنسورهای RTD:
۱ – پلاتینیم (پرکاربردترین و دقیق ترین)
۲ – نیکل
۳ – مس
۴ – بالکو (کم استفاده)
۵ – تنگستن (کم استفاده)
برای سنسورهای پلاتینیومی دو استاندارد وجود دارد: استاندارد اروپایی (که با نام های DIN و IEC نیز شناخته می شود) و استاندارد آمریکایی. استاندارد اروپایی استاندارد جهانی برای سنسورهای RTD پلاتینیومی شناخته می شود. در این استاندارد، DIN/IEC 60751 (یا به صورت ساده تر IEC751)، سنسور RTD باید در صفر درجه سانتیگراد دارای ۱۰۰ اهم Ω مقاومت داشته و ضریب دمایی مقاومت (TCR) برابر با ۰٫۰۰۳۸۵ اهم در سانتی گراد بین درجات صفر تا صد را دارا باشد.
در استاندارد DIN/IEC751 در تولرانس مقاومتی تعریف شده است:
Class A = ±(۰٫۱۵ + ۰٫۰۰۲*t)°C or 100.00 ±۰٫۰۶ Ω at 0ºC
Class B = ±(۰٫۳ + ۰٫۰۰۵*t)°C or 100.00 ±۰٫۱۲ Ω at 0ºC
دو تولرانس مقاومتی که در صنایع مختلف کاربرد دارند عبارتند از:
۱⁄۳ DIN = ±۱⁄۳* (۰٫۳ + ۰٫۰۰۵*t)°C or 100.00 ±۰٫۱۰ Ω at 0ºC
۱⁄۱۰ DIN = ±۱ ⁄۱۰* (۰٫۳ + ۰٫۰۰۵*t)°C or 100.00 ±۰٫۰۳ Ω at 0ºC
ترکیب تولرانس مقاومت و ضریب دمایی کلیت “مقاومت در برابر حرارت” یک سنسور RTD را تشکیل می دهد. هرچقدر تولرانس المنت بالاتر باشد، همانقدر سنسور از منحنی کلی دما * مقاومت منحرف می شود و از سنسوری به سنسور دیگر تفاوت به وجود می آید. این موضوع برای کاربرانی که می خواهند سنسور خود را تعویض نمایند و می خواهند خطاهای تغییر سنسور را به حداقل برسانند بسیار مهم است.
انتخاب یک سنسور RTD درست
سنسوردما PT100 ظریف که دارای دقتی بالا و سرعت انتقال بالاتر از PT100 های معمولی هستند.
عنصرهای RTD: عنصر سنسور RTD ساده ترین نوع RTD است که تشکیل شده از یک تکه سیم که به دور یک هسته سرامیکی یا شیشه ای پیچ خورده است. به دلیل اندازه کوچکی که دارند عنصرهای RTD زمانی استفاده می شوند که فضای فیزیکی بسیار کمی در اختیار است.
عنصر سطحی RTD:
عنصر سطحی نوعی خاص از یک عنصر RTD است. این سنسورها در باریکترین حالت ممکن طراحی شده اند و به همین دلیل برای سنجش دمای سطح های صاف بسیار پر کاربرد هستند.
میله (غلاف) RTD:
میله RTD سخت ترین و بادوام ترین شکل از سنسورهای RTD است. این مدل تشکیل شده از یک عنصر RTD است که درون یک لوله فلزی که غلاف نامیده می شود قرار گرفته. این غلاف از عنصر در برابر محیط محافظت می کند. گروه ژرمن الکتریک انواع مختلفی از غلاف ها با ساختارهای متفاوت را در اختیار شما قرار می دهد.
چرا به جای ترموکوپل از سنسور RTD استفاده کنیم ؟
هر نوع سنسور دمایی چه ترموکوپل و چه RTD دارای مزایا و معایب خاص خود است. خواص سنسورهای RTD شامل موارد زیر است:
– رنج دمایی مطلوب (در حدود -۲۰۰ تا ۸۵۰ درجه سانتیگراد) این رنج با اینکه در برابر ترموکوپل ضعیفتر است اما بیشتر کاربردهای صنعتی را شامل می شود.
– دقت بسیار بالا (بهتر از ترموکوپل ها)
– تعویض پذیری خوب
– پایداری بلند مدت
با رنج دمایی که تا ۸۵۰ درجه نیز میرسد سنسورهای RTD می توانند در تمامی صنایع بجز آنهایی که از نهایت رنج دمایی استفاده می کنند به کار آیند. وقت با فلزاتی از قبیل پلاتینیوم ساخته شوند دارای ثبات بالا بوده و تحت تاثیر خوردگی و اکسیداسیون قرار نمی گیرند. بقیه مواد از قبیل نیکل، مس، آلیاژ نیکل و آهن نیز در سنسورهای RTD استفاده می شوند. هرچند این مواد بسیار کمتر استفاده می شوند زیرا گسترده دمایی پایینتری دارند به اندازه پلاتینیم ثبات ندارند.
