سنسور دما مقاومتی (Resistance Thermo Detector) RTD چیست ؟

سنسور مقاومتی , Resistance Temperature Detector , سنسور دما مقاومتی , سنسور RTD ,  سنسور دما PT1000 , سنسور دما PT100 , سنسور PT100 هد دار , سنسور PT100 کابلی

دماسنج های مقاومتی یا resistance temperature detectors که به اختصار به RTD شهرت دارند، از یک فلز نازک که به دور یک هسته سرامیکی یا شیشه ای پیچیده شده و یا در آن بصورت مارپیچ در آن قرار گرفته شده، ساخته می شوند.

سنور دمای مقاومت پلاتین در گذشته تنها به عنوان یک استاندارد آزمایشگاهی استفاده می شد ولی پیشرفتهایی که درساختمان این نوع دماسنج ها وبه طور کلی دماسنج های مقاومتی حاصل شده است منجر به استفاده از این نوع دماسنج ها در زمینه هایی شده است که قبلا تنها ترموکوپل ها در آن زمینه کاربرد داشتند بخصوص بسیاری از فرایندهای صنعتی که زمانی لازم بود کاملا کنترل شوند تا تغییرات دما در حدود 10 C باشد اکنون بایستی در محدوده تغییرات بسیار کمتری کار کند.

امروزه تاکید بر کنترل کیفیت و یکنواخت بودن محصول نیازمند این است کنترل دما در فرآیند تولید خیلی بیشتر از گذشته مورد توجه قرار گیرد.

آلیاژ های استفاده شده در ساخت RTD : 

اگر چه تعدادی از آلیاژ های فلزی دیگری موجودند که د ردماسنج های مقاومتی مورد استفاده قرار می گیرند ولی فلز پلاتین دارای این امتیاز قابل توجه است که می توان از آن به عنوان فلزی برای استاندارد بین المللی دما در محدوده -200 تا 600 استفاده کرد. از نوع ازمایشگاهی دماسنج مقاومت پلاتینی برای کالیبره کردن دماسنج های دیگر استفاده می شود اما حجم زیادی از دستگاه اندازه گیری را به خود اختصاص می دهد. نوع مینیاتوری این دماسنجها نیز قابل تهیه است که در آنها دقت مقاومت پلاتین مورد توجه قرار گرفته و در ضمن جنس پلاتین در مقابل خوردگی محیط کار مقاوم است. اگر چه نیکل ومس هم برای موارد خاصی در محدوده های دمای پایین تر مورد استفاده قرار می گیرد ولی پلاتین دارای این امتیاز است که به صورت کاملا خالص قابل تهیه است و در مقابل خوردگی نیز مقاومت زیاد دارد مانند فلزات نجیب و نسبت تغییرات مقاومت به در مورد این فلز در محدوده وسیعی از دماها کاملا خطی است.در ضمن این فلز از نظر الکتریکی و مکانیکی بسیار پایدار است به طوری که انحراف مقدار مقاومت فلز با گذشت زمان دارای مقدار بسیار جزئی است.

عوامل دیگری که باعث شده اند استفاده از دماسنجهای مقاومت پلاتین روز افزون شود پیشرفت های سیستم های اندازه گیری است که در آنها استانداردهای بالای مبتنی بر سیستم مقاومت پلاتین وکاربری آسانتر مراعات شده است .کابلهای رابط دماسنج مقاومت پلاتین را میتوان از جنس کابل مسی معمولی در نظر گرفت واحتیاجی به کابلهایی رابط جبران سازی نمی باشد.

کالیبراسیون دماسنج مقاومت پلاتین تنها یک مرتبه انجام می شود واحتیاجی به جبران سازی اتصال سرد ویا استفاده از روکشهای ترموستاتی برای ایجاد یک اتصال مرجع نمی باشد. قسمت اندازه گیری دماسنج را میتوان ساده تر ساخت ودر ضمن ایجاد طبقاتی اضافی به منظور جبران سازی ضرورتی ندارد.

ساختمان یک سنسور دما از نوع مقاومت پلاتین به طور کلی مقاومتر و خشن تر از نوع دماسنج سیم پیچ باز است که در یک آزمایشگاه استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد. سیم پیچ داخل یک استوانه حلزونی و تحت شعاع کوچکی پیچیده شده است و در نهایت همه حلزونی داخل یک میله توخالی از جنس آلومینا آب بندی شده است.

اندازه ابعاد چنین وسیله ای را میتوان تا حد قطر0/8 mm وطول 5 mm در نظر گرفت و با داشتن ابعاد فوق و مشاهده دقیق مقاومت سیم پیچ می توان دقتی تا حدود 0.01% را به دست آورد. نوع دیگری از سنسور دما مقاومتی وجود دارد که در ساختمان آن از فیلمهای لایه نازک پلاتین روی مواد سرامیکی استفاده شده است که بر خلاف نوع سیم پیچی شده به صورت تولید انبوه قابل تولید بوده وقیمت آن هم خیلی کمتر تمام میشود.

این نوع سنسور ها برای بسیاری از مصارف صنعتی مناسب ترند اگر چه بایستی در استفاده از انها دقت کافی مبذول داشت تا لایه نازک پلاتین در مقابل گازها و مایعای که در مجاورت انها قرار گیرد به صورت کاتالیستهای شیمیایی عمل نکند.

انواع سنسور های مقاومتی RTD : 

سنسور های RTD در مدل های سنسور PT1000 , PT100 تقسیم می شوند . RTD به سنسورهای سنجش دما به صورت کلی گفته می شود .

نحوه کار سنسورهای RTD : 

 نحوه کار سنسورهای RTD به این شکل است که با استفاده از مقاومت که در داخل آن کار گذاشته شده در اثر بالا رفتن دما میزان مقاومت سنسور هم افزایش یافته و با پایین رفتن دما از میزان مقاومت کاسته می شود .

پی تی 100 یا PT100 از انواع RTD می باشد. مشخصه PT100 این است که در دمای صفر درجه سانتیگراد 100 اهم می باشد. تمامی PT100 های ارائه شده سه سیم می باشند که سیم سوم نقش جبران سازی اهم کابل رابط را دارد.

اصول عملکرد RTD : 

 RTDکوتاه شده عبارت آشکارساز مقاومتی دما است . RTD یک ابزار سنسور دماست که مقاومت آن با افزایش دما, افزایش می یابد.RTD ها ابزارهای کاملا خطی هستند . RTD ها بر این اساس کار می کنند که مقاومت الکتریکی فلزات با دما تغییرمی کند.اگر چه در تئوری می توان از هر نوع فلزی برای تشخیص دما استفاده کرد ولی در عمل , فلزاتی با نقطه ذوب بالا که در برابر خوردگی مقاوم هستند ونیز فلزاتی که مقاومت مخصوص بالایی دارند برای این منظور انتخاب می شوند . طلا و نقره  مقاومت مخصوص پایینی دارند و به دلیل مقاومت نسبتا پایین آنها , اندازه گیری توسط آنها مشکل است . مس هم مقاومت مخصوص بسیار پایینی دارد ولی گاهی به دلیل قیمت پایین , مورد استفاده قرار می گیرد. معروفترین انواع RTD ها از نیکل , پلاتین یا آلیاژهای نیکل ساخته می شود . سنسور های نیکلی در مواردی که قیمت معیار مهمی است (مثلا کالاهای مشتری پسند) به کار می روند و محدوده اندازه گیری دمایی آنها محدود است.آلیاژهای نیکل ,مثل نیکل-آهن از نیکل خالص ارزانتر هستند و علاوه بر آن, دمای عملکردی بالاتری نیز دارند . پلاتین تا کنون پر کاربرد ترین ماده در ساخت  RTDها بوده ودلیل عمده آن نیز مقاومت مخصوص بالا و پایداری طولانی آن در هواست.

تفاوت ترموکوپل و سنسور مقاومتی RTD :

1. یکی از تفاوت های بزرگ آن بازه دمایی بسیار زیادی است که دارند :

بازه اندازه گیری ترموکوپل 200- درجه تا دمای بیش از 1600 درجه سانتیگراد است که این میزان برای RTD ها از 200- تا 600 درجه سانتیگراد می باشد .

2.مقایسه خروجی سنسور :

خروجی ترموکوپل ها به صورت ولتاژی بوده که این ولتاژ در حد میکرو ولت تا میلی ولت است که تاثیرات نویز بر آنها زیاد است اما خروجی سنسورهای RTD از نوع مقاومتی می باشند یعنی به ازای تغییرات در دما در خروجی تغییرات مقاومتی داریم که این نوع خروجی در برابر نویز مقاوم تر از ترموکوپل است .

3.از موارد دیگر که تاثیر زیادی در قیمت ترموکوپل ها وRTD ها دارد میزان خطا در اندازه گیری آنهاست هر چقدر دقت اندازه گیری آنها بهتر باشد قیمت آنها بالاتر می رود .ترموکوپل ها خطای بیش تر نسبت به RTD ها دارند .

4.پدیده خود گرمایی:

معمولا در سنسورهای مقاومتی رخ می دهد سنسورهای RTD وNTC به دلیل اینکه خروجی مقاومتی دارند هنگامی که به کارتها و کنترلر مربوط به خودشان متصل می شوند در برابر عبور جریان ، گرمایی در خود سنسور به وجود می آید که همان گرما باعث خطا در اندازه گیری می شود . این پدیده خود گرمایی در خود سنسور به وجود می آید که همان گرما باعث خطا در اندازه گیری می شود که از معایب سنسورهای مقاومتی به حساب می آید در حالی که این پدیده در ترموکوپل ها وجود ندارد .

ورود به دسته بندی محصول سنسور مقاومتی , Resistance Temperature Detector