Realització d’un circuit de mesurador de temperatura RTD

En aquest post aprenem la fabricació d’un circuit de mesurador de temperatura RTD i també coneixem diferents RTD i els seus principis de treball a través de fórmules.

Què és un IDT

Un detector de temperatura RTD o resistència funciona detectant la diferència o un augment de la resistència del metall del sensor quan està sotmès a calor.

Aquest canvi de temperatura de l’element, essent directament proporcional a la calor, proporciona una lectura directa dels nivells de temperatura aplicats.

L’article explica com funcionen els rtds i també com fer un senzill circuit de sensors d’alta temperatura mitjançant un dispositiu RTD casolà.

Es pot obtenir una lectura directa en forma de valors de resistència variables escalfant una 'bobina d'escalfament' ordinària o un element 'de ferro'.

La resistència és directament equivalent a la calor sotmesa, correspon a la calor aplicada i es fa mesurable a través d’un Ohmòmetre digital normal. Aprèn més.

Com funcionen els mesuradors de temperatura RTD

Tots els metalls tenen aquesta propietat fonamental en comú, és a dir, tots canvien la seva resistència o el grau de conductància en resposta a la calor o a l’augment de les temperatures. La resistència d’un metall augmenta a mesura que s’escalfa i viceversa. Aquesta propietat dels metalls s’explota als RTD.

La variació anterior de la resistència del metall està relacionada, òbviament, amb el corrent elèctric i significa que si es fa passar corrent a través d’un metall que està sotmès a algun canvi de temperatura, oferirà els corresponents nivells de resistència al corrent aplicat.

Per tant, el corrent també varia proporcionalment amb la resistència variable del metall, aquesta variació de la sortida de corrent es llegeix directament sobre un mesurador adequadament calibrat. Així és com funciona bàsicament un mesurador de temperatura RTD com a sensor tèrmic o transductor.

Els RTD s’especifiquen habitualment a 100 ohms, el que significa que l’element ha de mostrar una resistència de 100 ohms a zero graus centígrads.

Els RTD es componen generalment del metall noble Platinum a causa de les seves excel·lents característiques metàl·liques com la inertesa envers els productes químics, una bona resposta lineal a la temperatura enfront del gradient de resistència, un gran coeficient de temperatura de resistència, que proporciona un rang més ampli de mesures i estabilitat (capacitat de mantenir les temperatures i restringir canvi sobtat).

Principals parts d'un IDT

La figura anterior d’un mesurador de temperatura RTD simple mostra el disseny bàsic d’un dispositiu RTD estàndard. És un tipus senzill de transductor tèrmic que inclou els components principals següents:

Un recinte exterior, format per algun material resistent a la calor, com ara el vidre o el metall, i segellat externament.

La carcassa anterior inclou un fil metàl·lic prim que s’utilitza com a element de detecció de calor.

L'element s'acaba a través de dos cables flexibles externs que actuen com a font de corrent per al transductor o l'element metàl·lic tancat.

L’element de filferro està fixat amb precisió dins del recinte de manera que s’estengui proporcionalment per tota la longitud del recinte.

Què és la resistivitat

El principi de treball bàsic dels RTD es basa en el fet que la majoria dels conductors mostren una variació lineal de la seva característica fonamental (conductància o resistència), quan estan sotmesos a temperatures variables.

Precisament, la resistivitat del metall canvia significativament en resposta a temperatures variables.

Aquesta variació en la resistivitat d’un metall corresponent als canvis de temperatura aplicats s’anomena coeficient de temperatura de resistència o alfa i s’expressa mitjançant la fórmula següent:

alfa = d (rho) / dT = dR / dT ohms / oC (1)

on rho és la resistivitat de l'element o del metall utilitzat, R és la seva resistència en ohms amb una configuració especificada.

Com es calcula la resistivitat

La fórmula anterior es pot aplicar per determinar la temperatura d'un sistema desconegut mitjançant l'expressió general de R tal com es dóna a la següent equació:

R = R (0) + alfa (0 graus + Tx), on R (0) és la resistència del sensor a zero graus centígrads i Tx és la temperatura de l’element.

L'expressió anterior es pot simplificar i escriure com:

Tx = {R - R (0)} / alfa Per tant, quan R = R (0), Tx és = 0 graus centígrads, o quan R> R (0), Tx> zero graus centígrads, però a R> R (0) ), Tx<0 degree Celsius.

Serà important tenir en compte que, per aconseguir resultats fiables mentre s’utilitzen els RTD, la temperatura aplicada s’ha de distribuir uniformement per tota la longitud de l’element sensible, de no fer-ho pot provocar lectures inexactes i incoherents a la sortida.

Tipus d’RTD

Les condicions explicades anteriorment es referien al funcionament d'un RTD bàsic de dos fils, però, a causa de moltes restriccions pràctiques, un RTD de dos fils mai no és precís.
Per fer els dispositius més precisos, normalment s’incorporen circuits addicionals en forma de pont de blat de blat.
Aquests RTD es poden classificar com a tipus de 3 i 4 fils.

Three Wire RTD: El diagrama mostra una connexió RTD típica de 3 fils. Aquí, el corrent de mesura flueix a través de L1 i L3 mentre L3 es comporta igual que un dels conductors potencials.

Mentre el pont estigui en estat equilibrat, no passa cap corrent a través de L2, tot i que L1 i L3 es troben en braços separats de la xarxa de blat, les resistències s’anul·len i assumeixen una impedància elevada a través d’Eo, també es mantenen resistències entre L2 i L3 a valors idèntics.

El paràmetre garanteix l'ús d'un màxim de 100 metres de cable que s'ha de finalitzar des del sensor fins al circuit receptor i, tot i així, mantenir la precisió dins del 5% dels nivells de tolerància.

RTD de quatre fils: el RTD de quatre fils és probablement la tècnica més eficient per obtenir resultats precisos fins i tot quan el rtd real es col·loca a distàncies molt llunyanes de la pantalla del monitor.

El mètode elimina totes les discrepàncies del cable de plom per produir lectures extremadament precises. El principi de funcionament es basa en el subministrament d’un corrent constant a través de l’RTD i en la mesura de la tensió a través d’un dispositiu de mesura d’alta impedància.

El mètode elimina la inclusió d’una xarxa pont i, tot i això, proporciona sortides molt creïbles. La figura mostra un disseny típic de cablejat RTD de quatre fils aquí, s’aplica un corrent constant dimensionat amb precisió derivat d’una font adequada a través de L1, L4 i RTD.

Un resultat proporcional està disponible directament a través de l'RTD a través de L2 i L3 i es pot mesurar amb un DVM d'alta impedància, independentment de la seva distància a l'element sensible. Aquí, L1, L2, L3 i L4, que són les resistències dels cables, es converteixen en valors insignificants que no influeixen en les lectures reals.

Com fer un sensor d’alta temperatura RTD casolà

Es pot dissenyar una unitat de sensor d’alta temperatura mitjançant un “element escalfador” normal com una bobina d’escalfador o un element “ferro”. El principi de funcionament es basa en les discussions anteriors.

Les connexions són senzilles i només s’han de construir tal com es mostra al DIAGRAMA següent.