Trong bài đăng này, chúng ta sẽ học cách chế tạo mạch đo nhiệt độ RTD, đồng thời tìm hiểu về các RTD khác nhau và nguyên lý hoạt động của chúng thông qua các công thức.

RTD là gì

RTD hoặc máy dò nhiệt độ điện trở hoạt động bằng cách phát hiện sự khác biệt hoặc sự gia tăng điện trở của kim loại cảm biến khi nó chịu nhiệt.

Sự thay đổi nhiệt độ của phần tử này tỷ lệ thuận với nhiệt, cung cấp kết quả đọc trực tiếp các mức nhiệt độ áp dụng.

Bài viết giải thích cách hoạt động của rtds và cách tạo mạch cảm biến nhiệt độ cao đơn giản bằng thiết bị RTD tự chế.

Có thể thu được số đọc trực tiếp dưới dạng các giá trị điện trở khác nhau bằng cách đốt nóng 'cuộn dây nóng' thông thường hoặc phần tử 'bàn là'.

Điện trở tương đương trực tiếp với nhiệt chịu, tương ứng với nhiệt tác dụng và có thể đo được qua đồng hồ Ohm kỹ thuật số thông thường. Tìm hiểu thêm.

Cách hoạt động của máy đo nhiệt độ RTD

Tất cả các kim loại đều có đặc điểm chung cơ bản này, đó là chúng đều thay đổi điện trở hoặc mức độ dẫn điện khi phản ứng với nhiệt hoặc nhiệt độ tăng. Điện trở của kim loại tăng khi nó bị nung nóng và ngược lại. Thuộc tính này của kim loại được khai thác trong RTD.

Sự biến thiên điện trở của kim loại ở trên rõ ràng là có liên quan đến dòng điện và có nghĩa là nếu dòng điện chạy qua kim loại chịu sự thay đổi nhiệt độ nào đó sẽ cung cấp các mức điện trở tương ứng với dòng điện.

Do đó, dòng điện cũng thay đổi tỷ lệ thuận với sự thay đổi của điện trở của kim loại, sự thay đổi này trong đầu ra dòng điện được đọc trực tiếp qua một đồng hồ đã được hiệu chuẩn thích hợp. Đây là cách về cơ bản một máy đo nhiệt độ RTD hoạt động như một cảm biến nhiệt hoặc bộ chuyển đổi.

RTD thường được chỉ định ở 100 Ohms, có nghĩa là phần tử phải hiển thị điện trở 100 Ohms ở 0 độ C.

RTD thường được tạo thành từ kim loại quý Platinum do các đặc tính kim loại tuyệt vời của nó như tính trơ với hóa chất, phản ứng tuyến tính tốt với nhiệt độ so với gradient điện trở, hệ số nhiệt độ điện trở lớn, cung cấp phạm vi đo lường rộng hơn và tính ổn định (khả năng giữ nhiệt độ và hạn chế thay đổi đột ngột).

Các bộ phận chính của RTD

Hình trên của một máy đo nhiệt độ RTD đơn giản cho thấy thiết kế cơ bản của một thiết bị RTD tiêu chuẩn. Đây là một loại đầu dò nhiệt đơn giản bao gồm các thành phần chính sau:

Một vỏ bọc bên ngoài, được tạo thành từ một số vật liệu chịu nhiệt như thủy tinh hoặc kim loại và được bịt kín bên ngoài.

Vỏ trên bao quanh một dây kim loại mỏng được sử dụng làm phần tử phát hiện nhiệt.

Phần tử được kết nối qua hai dây mềm bên ngoài đóng vai trò là nguồn dòng điện cho đầu dò hoặc phần tử kim loại kèm theo.

Phần tử dây được đặt chính xác bên trong vỏ sao cho nó trải rộng một cách tương xứng trên toàn bộ chiều dài của vỏ.

Điện trở suất là gì

Nguyên tắc làm việc cơ bản của RTD dựa trên thực tế là hầu hết các dây dẫn có sự thay đổi tuyến tính trong đặc tính cơ bản của chúng (độ dẫn hoặc điện trở), khi chịu nhiệt độ thay đổi.

Chính xác thì đó là điện trở suất của kim loại thay đổi đáng kể khi phản ứng với các nhiệt độ thay đổi.

Sự thay đổi điện trở suất của kim loại tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ áp dụng được gọi là hệ số nhiệt độ điện trở hoặc alpha và được biểu thị qua công thức sau:

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

trong đó rho là điện trở suất của phần tử hoặc kim loại dây được sử dụng, R là điện trở của nó tính bằng Ohms với cấu hình xác định.

Cách tính điện trở suất

Có thể áp dụng thêm công thức trên để xác định nhiệt độ của một hệ chưa biết thông qua biểu thức tổng quát của R như cho trong phương trình sau:

R = R (0) + alpha (0 độ + Tx), trong đó R (0) là điện trở của cảm biến ở 0 độ C và Tx là nhiệt độ của phần tử.

Biểu thức trên có thể được đơn giản hóa và viết thành:

Tx = {R - R (0)} / alpha Do đó, khi R = R (0), Tx là = 0 độ C hoặc khi R> R (0), Tx> 0 độ C, tuy nhiên ở R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Điều quan trọng cần lưu ý là, để đạt được kết quả đáng tin cậy trong khi sử dụng RTD, nhiệt độ áp dụng phải được phân bố đồng đều trên toàn bộ chiều dài của phần tử cảm biến, nếu không làm như vậy có thể dẫn đến kết quả đọc không chính xác và không nhất quán ở đầu ra.

Các loại RTD

Các điều kiện giải thích ở trên đề cập đến hoạt động của RTD cơ bản loại hai dây, tuy nhiên do nhiều ràng buộc thực tế, RTD hai dây không bao giờ chính xác.
Để làm cho các thiết bị chính xác hơn, các mạch điện bổ sung dưới dạng cầu đá mì thường được kết hợp.
Các RTD này có thể được phân loại là loại 3 dây và 4 dây.

Ba dây RTD: Sơ đồ cho thấy một kết nối RTD 3 dây điển hình. Ở đây, dòng điện đo chạy qua L1 và L3 trong khi L3 hoạt động giống như một trong các dây dẫn tiềm năng.

Miễn là cầu ở điều kiện cân bằng, không có dòng điện nào đi qua L2, tuy nhiên L1 và L3 nằm trong các nhánh riêng biệt của mạng đá mì, các điện trở sẽ bị vô hiệu hóa và giả định trở kháng cao qua Eo, các điện trở giữa L2 và L3 cũng được giữ ở các giá trị giống hệt nhau.

Tham số đảm bảo việc sử dụng tối đa 100 mét dây được kết cuối từ cảm biến đến mạch nhận mà vẫn giữ độ chính xác trong phạm vi 5% mức dung sai.

“cách làm bếp năng lượng mặt trời tự chế ”

Bốn dây RTD: RTD bốn dây có lẽ là kỹ thuật hiệu quả nhất để tạo ra kết quả chính xác ngay cả khi rtd thực được đặt ở khoảng cách xa so với màn hình.

Phương pháp này loại bỏ tất cả các sai lệch về dây dẫn để tạo ra kết quả đọc cực kỳ chính xác. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc cung cấp một dòng điện không đổi qua RTD và đo điện áp trên nó thông qua một thiết bị đo trở kháng cao.

Phương pháp này loại bỏ sự bao gồm của một mạng cầu nối nhưng vẫn cung cấp nhiều kết quả đáng tin cậy. Hình bên cho thấy sơ đồ bố trí dây RTD bốn dây điển hình ở đây, dòng điện không đổi có kích thước chính xác bắt nguồn từ một nguồn thích hợp được áp dụng qua L1, L4 và RTD.

Một kết quả tỷ lệ có sẵn trực tiếp trên RTD thông qua L2 và L3 và có thể được đo bằng DVM trở kháng cao, bất kể khoảng cách của nó với phần tử cảm biến. Ở đây, L1, L2, L3 và L4 là điện trở của dây dẫn, trở thành các giá trị không đáng kể không ảnh hưởng đến kết quả đọc thực tế.

Cách tạo cảm biến nhiệt độ cao RTD tự chế

Một đơn vị cảm biến nhiệt độ cao có thể được thiết kế bằng cách sử dụng 'phần tử sưởi ấm' thông thường như cuộn dây sưởi hoặc phần tử 'bàn ủi'. Nguyên tắc hoạt động dựa trên các thảo luận trên.

Các kết nối rất đơn giản và chỉ cần được xây dựng như thể hiện trong SƠ ĐỒ sau.