RTD Sensörler ile Nasıl Sıcaklık Ölçümü Yapılır?

RTD Sensörler ile Nasıl Sıcaklık Ölçümü Yapılır

Bu makalede, bugün RTD sensörleriyle sıcaklığın nasıl ölçüldüğünü, yeterince ayrıntıyla tartışacağız, böylece şunları yapabileceksiniz:

• RTD’lerin ne olduğunu ve nasıl çalıştığını görün
• Mevcut temel RTD türlerini ve bunların nasıl kullanıldığını öğrenin
• RTD’lerin DAQ sisteminizle nasıl arayüzde ayarlayabileceğinizi anlayın

GİRİŞ

Sıcaklığın en sık kaydedilen fiziksel ölçüm olduğunu biliyor muydunuz? Sıcaklığın bilinmesi, insan vücudundan bir otomobil motoruna kadar her şeyin doğru çalışması için kritiktir.

Sıcaklık, uygun sıcaklık sensörleri ile ölçülür. Bunun için kullanılan birçok sıcaklık sensörü var ve hepsini destekliyoruz:

• Termokupl Sensörleri
• RTD Sensörleri
• Termistör sensörleri

Bu makalede, dünyanın en popüler sıcaklık sensörlerinden biri olan RTD sensörüne özel olarak bakacağız.

RTD Sensörü nedir?

Termokupl ile karşılaştırıldığında, RTD (Direnç Sıcaklık Dedektörü) genellikle ölçüm aralığında daha doğrusal ve sapmasızdır. Ancak platin içerikleri ve daha karmaşık yapıları nedeniyle termokupllardan

daha pahalıdırlar. RTD’ler bazen “dirençli termometreler” olarak da adlandırılır.

RTD’ler, bilimsel ve laboratuvar uygulamalarında, endüstriyel uygulamalarda ve farmasötik üretim uygulamalarında yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Bu uygulamalar arasındaki ortak payda, doğruluk ve sapmasız performansın maliyetten daha önemli olması ve sensör tipi seçiminde RTD’yi termokuplun önüne koymasıdır.

Ancak tüketici ürünlerinde de yoğun bir şekilde kullanılmaktadırlar. Bulaşık makinenizin içinde, çamaşır kurutucunuzda, ekmek kızartma makinenizde, mini fırında, duvardaki termostatta, klimanızda, buzdolabınızda, derin dondurucunuzda – hatta cep telefonunuzda muhtemelen onlarcası evinizde! Tabii ki bunlar RTD’nin çok küçük ve çok ucuz versiyonları.

Üç ana RTD yapım türü vardır:

• Tel Sarımlı RTD’ler
• İnce Film RTD’ler
• Sarmal Eleman RTD’leri

Her birinin avantajları ve dezavantajları vardır. Onlara bir göz atalım.

RTD Sensörü nedir?

Tel sargılı RTD sensörü, genellikle seramikten yapılan iletken olmayan bir çekirdeğin etrafına sarılmış ince telden (algılamayı yapacak direnç teli) yapılır. Direnç teli için en çok platin, nikel ve bakır kullanılır, çünkü her birinin çok doğrusal ve doğru bir sıcaklık / direnç ilişkisi vardır. Sonraki paragraflarda her metal hakkında daha fazla bilgi vereceğiz.

Tel, 0 ° C’de belirtilen direnç elde edilene kadar hassas bir şekilde kesilir. Bu, “R0” direnci olarak bilinir. Direnç telinin sıcaklık arttıkça bükülmesini veya bükülmesini engellemesi çok önemlidir çünkü bu mekanik gerilim dirençte bir değişikliğe neden olur ve bu da ölçümü bozar.

Bu yapı nispeten kırılgandır, bu nedenle RTD’ler genellikle bir cam kaplama ile korunur ve hatta metal bir kılıf içine yerleştirilir. Bu, kurşun tellerin eklenmesi ile birlikte fabrikasyonun bir sonraki adımıdır.

İnce Film RTD’ler

İnce film RTD sensörleri, üzerine çok ince bir platin filminin yerleştirildiği seramik bir substrattan oluşur. Montajı ve filmi korumak için normalde kaplama olarak cam veya epoksi uygulanır. İnce film RTD’lerin çoğu yalnızca 300 ° C’ye kadar kullanışlıdır, ancak belirli özel yapılandırmalar daha yüksek aralıklar da çalışmaya izin verir.

İnce film RTD’lerin maliyeti, sargılı ve tel sargılı çeşitlerden daha düşüktür ve bu nedenle endüstriyel uygulamalarda çok popülerdir. Ancak diğer türler kadar hassas değiller çünkü R0 tam olarak ayarlanamıyor. Ayrıca, daha küçük boyutları nedeniyle kendi kendine ısınma gibi sorunlar yaşanabilir.

Sarmal Eleman RTD’leri

Bu konfigürasyonda, direnç teli, sıcaklık değişimleri ile genişlemekte ve büzülmekte serbest olan çok küçük bobinlerde biçimlendirilmiştir. Bu, sıcaklığa bağlı mekanik stresin direnci değiştirmesini ve dolayısıyla ölçümü etkilemesini önler. Bu bobinler seramik bir gövde içine yerleştirilir ve ardından iletken olmayan toz ile çevrelenir.

Sarmal elemanlı RTD’ler endüstriyel uygulamalarda çok popülerdir. Genellikle onları korumak için metal bir kılıf içine yerleştirilirler.

RTD’ler Sıcaklığı Nasıl Ölçer ?

Pasif sensör olan termokuplların aksine, RTD’ler elektriksel direnç prensibine göre çalışır. Dirençteki bir değişikliği ölçmek için içlerinden küçük bir akım geçirmek gerekir. Bu nedenle, DAQ sisteminin sinyal koşullandırıcısının, çıkışı okumak için bu sensör gücünü veya “uyarmayı” sağlaması gerekir.

RTD’ler, bazı metallerin direnç ve sıcaklık arasında son derece istikrarlı ve doğru bir ilişkiye sahip olduğu ilkesine göre çalışır. Bakır en iyi direnç-sıcaklık oranına sahiptir, ancak yüksek sıcaklıklarda platin RTD’ler kadar iyi performans göstermezler.
R v. T

Başka bir deyişle, sıcaklıktaki değişim başına gözlemlenen direnç değişikliği miktarı oldukça doğrusal ve tekrarlanabilirdir. Bu aynı zamanda sıcaklık direnç katsayısı olarak da adlandırılır.

Bu direnç değişimini ölçerek sıcaklık değişimini ölçebiliriz. Çeşitli metaller, farklı doğrulukların yanı sıra farklı sıcaklık çalışma aralıkları sağlar.

Üç ana RTD türünün üst düzey karşılaştırması

RTD Direnç Oranı Nedir?

Dirençteki değişime karşı sıcaklıktaki değişmenin eğimi, direnç oranı olarak bilinir. Spesifik olarak, 0 ° C (R0) ile 100 ° C (R100) arasındaki değişim boyunca ortalama eğimdir. Bu şu şekilde yazılır:

(R100 – R0) / R0

Seçtiğimiz özel metal – platin, nikel veya bakır – direnç oranı üzerinde en büyük etkiye sahiptir. Ancak metalin saflığı da bir faktördür. Örneğin, bilimsel uygulamalarda kullanılan RTD’ler en saf platin standardını kullanırken, oldukça fazla doğruluk gerektirmeyen endüstriyel uygulamalarda kullanılan RTD’ler biraz daha az saf platin kullanabilir.

Dirençler ve Alfa Karşılaştırması

Platin direnç oranı özellikle geniştir, bu nedenle nikel veya bakırdan daha geniş bir ölçüm aralığına sahiptirler.

Sabit “Alfa” (α), direnç oranının 100’e bölünmesiyle elde edilir.

RTD MODELLERİ

Platin, RTD’ler arasında en popüler seçimdir, bu nedenle PT100 sensörleri (veya ayrıca pt100 probları) gibi RTD modellerine referans olarak göreceksiniz. “PT” “platin” anlamına gelir ve 100 Ω, 0 ° C’deki dirençtir (bu “R0” dır). PT100 Platinum RTD, bugün piyasadaki en popüler RTD’dir.

PT 100 Platinum The R0 value 100 ° C’de 10 kat nominal dirence sahip olan PT1000 modeli de mevcuttur. Sensörden gelen çıktı da daha yüksektir. PT100 modelleri birkaç tipte (tel sargılı ve ince film) mevcutken, PT1000 modelleri genellikle sadece ince film tiplerinde mevcuttur.

Fiili standart olan PT100’ler, çok çeşitli cihaz ve uygulamalarla uyumludur. Bununla birlikte, PT1000’lerin sunduğu avantajlar da vardır. Örneğin, daha yüksek dirençleri nedeniyle kurşun teller çok uzun olduğunda daha iyidirler. Daha yüksek direnç aynı zamanda daha az ısınma ve daha az güç tüketimi anlamına gelir; bu sayede pille çalışan uygulamalar için idealdir.

500 Ω değerinin 0 ° C’de direnç olduğu bir PT500 modeli olduğu unutulmamalıdır. Ancak PT100 veya PT1000 ile karşılaştırıldığında nispeten nadirdir. Ayrıca 0 ° C’de 2 kΩ R0 değerine sahip bir PT2000 modeli de vardır.

RTD Kablolama Yöntemleri

Bir RTD özünde 2 telli bir sensör olmasına rağmen, bir veya daha fazla telin (3 ve 4 telli bağlantı) eklenmesi, kendiliğinden ısınmaya ve kurşun tel direncine karşı daha iyi bir telafi sağlar ve bu nedenle şiddetle tavsiye edilir. Bu nedenle, 2 kablolu bağlantı mümkün olsa da, Dewesoft sinyal koşullandırıcılar, mümkün olan en iyi doğruluğu sağlamak için 3 ve 4 kablolu bağlantıları en iyi şekilde destekler.

Tipik bir 3 kablolu bağlantıda, RTD’nin çıkışları sinyal düzelticinin 1 (In +) ve 2 (In-) pinlerine bağlanır. Pozitif uyarma (Exc +), sensör kablosundan RTD’ye kadar uzanan pim 4’ten uygulanır. Negatif uyarma (Exc -), DAQ sisteminde 2 ve 3 pinleri arasına atlanır. Kablo blendajından gelen tahliye, topraklama döngüsünden kaçınmak için yalnızca sinyal düzenleyiciye bağlanır.

Bu nedenle bu sensör kablosunun içinde üç tel ve örgülü veya folyo bir blendaj olmalıdır.

4 telli bağlantı, hem uyarım pozitif hem de negatif hatların kablodan RTD’ye kadar uzanması dışında benzerdir. Bu yöntem, kurşun tel direnci ve kendi kendine ısınma hatalarını reddetme açısından mümkün olan en iyi performansı sağlar.

Bu nedenle bu sensör kablosunun içinde dört tel ve bir örgülü veya folyo zırhı olmalıdır.

DIN RTD Doğruluk Standardı

RTD’ler için kabul edilen yaygın doğruluk DIN standart eğrisidir. Bir PT100 sensörünün R v. T oranına dayanır. Standart, 0,00385 Alfa (α) ile 0 ° C’de 100 Ω’luk bir taban direnci belirtir.

DIN belirtilen RTD’lerin üç standart tolerans sınıfı vardır:

Platin, Nikel veya Bakır Ne Zaman Seçilmeli?

Üç ana metal tipi RTD nasıl seçilir ve neden? Bu tablo platin, nikel ve bakır RTD’ler için ana uygulamaları göstermektedir.

RTD Uygulamalarının Geniş Dünyası

Dünya genelinde RTD’lerin kullanıldığı, kelimenin tam anlamıyla binlerce uygulama var, ancak işte bunlardan sadece birkaçı:

Otomotiv: Motor bloğu sıcaklığı, hava giriş sensörü, soğutma suyu sıcaklığı, dış hava sıcaklığı, klima kontrol sistemleri, yağ sıcaklığı

Gıda işleme: Üretim ve depolama sırasında sıcaklık izleme, nakliye kolay bozulan malzeme izleme

İlaçlar: Üretim ve depolama sırasında sıcaklık izleme

HVAC: Hava sıcaklığı izleme, yangın algılama, otomatik iklim kontrolü

Havacılık: Motor sıcaklığı, soğutma suyu sıcaklığı, kompresör sıcaklığı, yakıt deposu izleme, yangın kontrol ekipmanı

Endüstriyel: Makine sıcaklığı, elektrik motorları, sargılar, güç jeneratörleri, termokupl kompanzasyonu (CJC), fırınlar, mikrodalga güç ölçümü

Tıp: Bebek kuvözleri, solunum ekipmanları, diyaliz makineleri

İletişim: Amplifikatör izleme, transmiter sıcaklık telafisi

Bilgisayarlar: Ani akım sınırlaması

Bilimsel ve Laboratuvar: Tüm çalışma alanlarında araştırma

Tüketici ürünleri: kahve makineleri, cep telefonları, ev hava istasyonları, pil paketleri, ekmek kızartma makineleri, termostatlar, su ısıtıcıları, buzdolapları ve dondurucular, bulaşık makineleri, çamaşır yıkama ve kurutma makineleri, klimalar, elektrikli battaniyeler

RTD Ölçüm Zorlukları ve Çözümleri

Belirtildiği gibi, RTD bağlantısı bir termokupldan daha karmaşıktır, ancak Dewesoft DAQ sistemleri sensörlerinizi DAQ sistemine bağlamayı kolay ve kullanışlı hale getirir. Dewesoft, KRYPTON veya IOLITE gibi belirli ürün serilerinde özellikle RTD sensörleri için sinyal koşullandırıcılar sunar. Ancak RTD’ler, DSI-RTD adaptörleri kullanılarak tüm Dewesoft DAQ sistemlerine bağlanabilir.

Gürültü, küçük çıkışa sahip herhangi bir sensör için her zaman bir husustur, ancak yüksek izolasyonlu girişlerimiz akla gelebilecek en iyi önlemedir. Buna ek olarak, kendi kendine ısınma hatalarını azaltmak için 2 ve 3 telli bağlantı desteğimizi ekleyin ve Dewesoft, RTD ve neredeyse tüm sensörler için çok doğru bir DAQ sistemi sunar.

Gürültüyü azaltmanın bir başka yolu da ölçüm sistemini sensöre mümkün olduğu kadar yakın yerleştirmektir. Uzun sinyal hatlarından kaçınmak, sinyal doğruluğunu en üst düzeye çıkarmak ve maliyetleri düşürmek için kanıtlanmış bir stratejidir. Türünün en iyisi çözümler için SIRIUS ve KRYPTON modüler aletlerimize buradan bakın. Özellikle KRYPTON modelleri, sinyalin anında dijitalleştirildiği ve zaman damgalı olarak EtherCAT üzerinden DAQ sistemine geri gönderildiği ölçüm noktasına doğrudan yerleştirilebilir, böylece uzun kurşun kablo sorununu tamamen ortadan kaldırır.

RTD Sensörlerinin Avantajları

• En kararlı
• En doğru
• Termokupllardan daha doğrusal

RTD’lerin dezavantajları

• Termokupllardan veya termistörlerden daha pahalı
• Sensör gücü gerekli
• Daha dar ölçüm aralığı
• Düşük mutlak direnç
• Kendi kendine ısınma telafi edilmelidir.

Temel Karşılaştırma: Termokupllar, RTD’ler ve Termistörler

RTD Sensörleri için Dewesoft Ölçüm Cihazları

Dewesoft, sıcaklığı etkin bir şekilde ölçebilen, depolayan ve görüntüleyebilen birkaç DAQ sistemi sağlar. Ve bunu bilimsel, tıbbi ve farmasötik uygulamalar için dünyada en sık kullanılan sıcaklık sensörünü bağlayarak yapabilirler: RTD. Dewesoft DAQ sistemleri, sıcaklığı bir ila yüzlerce kanaldan gerçek zamanlı olarak ölçebilir, depolayabilir, analiz edebilir ve görselleştirebilir.

KRYPTON DAQ Sistemi RTD Ölçümü

KRYPTON, Dewesoft’tan temin edilebilen en sağlam veri toplama ürünleri yelpazesidir. Aşırı sıcaklığa, darbeye ve titreşim koşullarına dayanacak şekilde üretilen KRYPTON, IP67 derecesine sahiptir ve onları suya, toza ve daha fazlasına karşı korur.

EtherCAT aracılığıyla herhangi bir Windows bilgisayarına (Dewesoft’un kendi sağlamlaştırılmış IP67 KRYPTON-CPU modeli dahil) bağlanırlar ve 100 metreye (328 fit) kadar ayrılabilirler, bu da onları sinyal kaynağının yakınında bulmanızı sağlar. SIRIUS gibi, piyasadaki en güçlü DAQ yazılımı Dewesoft X’i çalıştırırlar.

RTD sensörleri doğrudan KRYPTON RTD sinyal koşullandırma modülüne bağlanabilir. 8 kanallı bir konfigürasyonda mevcuttur (KRYPTONi-8xRTD).

KRYPTON, KRYPTON STG modülü ve DSI-RTD Dewesoft Sensör Arayüzü (DSI) adaptörünün kullanımı ile RTD sensörlerini de ölçebilir.

İşte KRYPTON modüllerinin çapraz referansı ve RTD’ler ve termokupllarla uyumluluğunun yanı sıra sıcaklık ölçümü için yapılan DSI adaptörleri. KRYPTON, PT100, PT200, PT500, PT1000 ve PT2000 tipleri dahil olmak üzere RTD sensörlerini yerel olarak işleyen 8 kanallı bir RTD modülü sunar.

IOLITE ve IOLITEd DAQ Sistemi RTD Ölçümü

IOLITE ve IOLITEd, gerçek zamanlı bir endüstriyel kontrol sisteminin temel yeteneklerini güçlü bir DAQ sistemi ile birleştiren benzersiz ürünlerdir. IOLITE ile yüzlerce analog ve dijital kanal tam hızda kaydedilebilir ve aynı anda herhangi bir üçüncü taraf EtherCAT ana denetleyicisine gerçek zamanlı veriler gönderilir.

Bunlar, piyasadaki en güçlü DAQ yazılımı olan Dewesoft X DAQ yazılımı ile birlikte mükemmel DAQ sistem performansını ve EtherCAT üzerinden gerçek zamanlı kontrolü temsil eder.

IOLITE giriş modüllerinin çapraz referansı ve RTD’ler ve termokupllarla uyumluluğunun yanı sıra sıcaklık ölçümü için yapılan DSI adaptörleri:

IOLITEi-8xRTD amplifikatör modülü, hem kanaldan toprağa izolasyon hem de 1000V’a kadar kanaldan kanala izolasyon sunar. Veriler, 24 bit delta-sigma ADC kullanılarak 100S / s’ye kadar örnekleme hızlarıyla 8 kanalın hepsinden aynı anda alınır. Bu modül aynı zamanda 10 k’a kadar direnç ölçümleri ve 1 V’a kadar voltaj ölçümleri için de kullanılabilir.

Aynı örnekleme hızı ve izolasyon özellikleri 6xSTG modülü için de geçerlidir, tek farkı sekiz yerine altı kanala sahiptir. 6xSTG, DSI serisi adaptörlerle uyumluluğunun yanı sıra gerinim ölçer, dirençli ve düşük voltaj ölçümleri yapabilen çok yönlü bir modüldür.

SIRIUS DAQ Sistemi RTD Ölçümü

SIRIUS, Dewesoft ürün yelpazesinin amiral gemisidir. Piyasadaki en güçlü DAQ yazılımı Dewesoft X ile birlikte en yüksek DAQ sistem performansını temsil ederler.

RTD’leri SIRIUS veri toplama sistemlerine bağlamak için, popüler Dewesoft Sensör Arayüzü (DSI) adaptörlerimizi birkaç popüler SIRIUS giriş modülüyle arayüz oluşturmak için kullanıyoruz.

SIRIUS sistemleri, bilgisayarınıza USB veya EtherCAT aracılığıyla bağlanan modüler “dilimlerden”, R3 raf montaj sistemlerinden ve yerleşik bir içeren R1, R2 ve R8 bağımsız sistemlerden geniş bir fiziksel konfigürasyon yelpazesinde mevcuttur. bilgisayar.

DSI-RTD adaptörü, Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000 ve Pt2000 dahil olmak üzere birçok popüler RTD sensörüyle uyumludur.

DSI adaptörleri, Dewesoft X DAQ yazılımında kendilerini otomatik olarak yapılandırmak için yerleşik bir TEDS sensör arayüzü kullanır. Seçili SIRIUS modülünün DB9 girişine DSI-RTD adaptörünü takmanız yeterlidir, donanım kurulum ekranında ayarlarınızı doğrulayın ve ölçüm yapmaya hazırsınız.

SIRIUS modüllerinin çapraz referansı ve sıcaklık ölçümü için yapılan çeşitli DSI adaptörleri ile uyumluluğu:

1) SIRIUS-STG sinyal koşullandırıcının RTD’leri doğal olarak işleyebileceğini ve bir DSI-RTD gerektirmediğini unutmayın.

DEWE-43A ve MINITAURs DAQ Sistemi RTD Ölçümü

DEWE-43A, son derece portatif, elde taşınan bir DAQ sistemidir. Bilgisayarınıza kilitlenen bir USB konektörü ile bağlanarak, sekiz evrensel analog girişe sahiptir. Bu “ağabeyi” MINITAUR’lar olarak adlandırılır – bu, esasen, taşınabilir tek bir muhafaza içinde bir bilgisayar ve diğer birkaç özellik ile birleştirilmiş DEWE-43A’dır. Her iki sistemin evrensel girişleri Dewesoft’un DSI adaptörleriyle uyumludur ve sekiz giriş kanalından herhangi birine veya tümüne bir RTD sensörü bağlamanıza olanak tanır.

DSI-RTD adaptörü, Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000 ve Pt2000 dahil olmak üzere birçok popüler RTD sensörüyle uyumludur.

DSI adaptörleri, Dewesoft X DAQ yazılımında kendilerini otomatik olarak yapılandırmak için TEDS sensör çipini kullanır. DSI-RTD adaptörünü seçilen girişin DB9 girişine takın, Dewesoft X yazılımındaki donanım kurulum ekranında ayarlarınızı doğrulayın ve ölçüm yapmaya hazırsınız.