Rezystancyjny czujnik temperatury(RTD)

Platyna charakteryzuje się niemal liniową i wyjątkowo stabilną zależnością rezystancji od temperatury oraz niskim dryftem w czasie. Elementy Pt100 charakteryzują się stałą dokładnością, dobrą powtarzalnością i bardzo dobrą stabilnością materiału w szerokim zakresie temperatur (od -200°C do 850°C), co czyni je międzynarodowym standardem w zakresie rozsądnej dokładności przemysłowych pomiarów temperatury.

Wybór zależy od projektu systemu:

• Czujniki Pt100 są preferowane w systemach przemysłowych o wysokiej dokładności, wykorzystujących konfiguracje 3- lub 4-żyłowe, w których możliwa jest kompensacja rezystancji kabla.
• Czujnik Pt1000 sprawdza się w obwodach 2-przewodowych, długich trasach kablowych, a także w instalacjach zasilanych bateryjnie lub o niskim poborze mocy, ponieważ wyższa rezystancja bazy zmniejsza wpływ rezystancji przewodu i redukuje efekt samonagrzewania.

Oba są dokładne; wybór zależy od konfiguracji okablowania, dopuszczalnej niepewności i ograniczeń instalacji.

Rezystancyjny czujnik temperatury (RTD), znany również jako termometr rezystancyjny, to bardzo dokładny czujnik temperatury, który działa na zasadzie pomiaru rezystancji elektrycznej. Wraz ze zmianą temperatury rezystancja elementów RTD (zwykle wykonanych z platyny) również zmienia się w przewidywalny sposób. Ta zmiana rezystancji jest następnie przekształcana w odczyt temperatury.

Czujniki temperatury RTD działają w oparciu o zasadę, że opór elektryczny metalu wzrasta wraz z temperaturą w przewidywalny sposób. Wraz ze wzrostem temperatury metalu, jego atomy wibrują bardziej, utrudniając elektronom przejście - zwiększa to rezystancję. Mierząc tę zmianę rezystancji, można dokładnie obliczyć odpowiadającą jej temperaturę.

Czujnik temperatury RTD mierzy temperaturę poprzez monitorowanie zmian rezystancji elektrycznej metalu, zwykle platyny.

Zasada działania czujnika RTD opiera się na fakcie, że rezystancja zmienia się w zależności od temperatury w znany sposób, zapewniając dokładne i stabilne odczyty temperatury.

Weź pod uwagę takie parametry, jak zakres temperatur, precyzja, środowisko (wibracje, chemikalia), czas reakcji i rodzaj instalacji. Wybierz materiały i konstrukcję na podstawie tych danych.

Czujniki RTD stosuje się w przemyśle stalowym, farmaceutycznym, przetwórstwie żywności, petrochemicznym, HVAC, lotniczym, elektrowniach i automatyce przemysłowej w celu dokładnego pomiaru i kontroli temperatury.

Do określenia rezystancji RTD stosuje się równanie Callendara-Van Dusena:
R(t) = R₀(1 + At + Bt² + C(t – 100)t³), gdzie A, B, C są stałymi.

Najczęściej stosowanymi materiałami są platyna (najdokładniejsza), miedź, nikiel i stopy niklu z żelazem — wybierane na podstawie stabilności, liniowości i odporności na korozję.

Platyna jest bardzo stabilna i ma szeroki zakres, miedź jest ekonomiczna, ale ma niską rezystancję, a nikiel jest bardzo czuły, ale nieliniowy.

Czujniki RTD wykonane z platyny działają na ogół w zakresie od –200°C do +850°C, natomiast wersje miedziane i niklowe charakteryzują się niższymi progami temperaturowymi wynikającymi z ich konstrukcji i materiałów.

Norma IEC 751 określa tolerancje dla czujników RTD:
Klasa A = ±(0,15 + 0,002×t)°C;
Kalsa B = ±(0.3 + 0.005×t)°C;
Dostępne są również klasy 1/3 i 1/5 DIN dla większej precyzji.

Są to wysokiej czystości platynowe czujniki RTD zgodne z normami ITS-90 i stosowane w laboratoriach metrologicznych w celu zapewnienia precyzyjnych i powtarzalnych pomiarów.

Czujniki RTD składają się z elementu pomiarowego (drutu lub folii), izolatorów, przewodów i osłony ochronnej. Mogą być wykonane jako cienkowarstwowe, z nawiniętymi cewkami lub z izolacją mineralną.

W tej formie drut platynowy nawinięty jest w spiralę i umieszczony wewnątrz ceramicznej rurki jako wspornik; nadaje się do precyzyjnego użytku laboratoryjnego i przemysłowego.

Drut platynowy nawijany jest na trzpień i pokrywany szkłem lub ceramiką, co zapewnia lepszą odporność na wibracje i umiarkowaną dokładność.

Czujniki RTD działają w konfiguracjach 2-, 3- lub 4-żyłowych. Dodatkowe przewody zapewniają eliminację rezystancji przewodów i większą dokładność pomiarów.

Prosta konfiguracja, w której pojedynczy przewód jest podłączony do obu końców elementu. Jest to proste, ale powoduje pomiar rezystancji przewodu, co zmniejsza dokładność.

To najpopularniejszy układ przemysłowy; bierze pod uwagę rezystancję przewodów, jeśli wszystkie przewody mają taką samą rezystancję.

Stosowany w zastosowaniach wymagających precyzji, całkowicie eliminuje wpływ rezystancji przewodu poprzez wykrywanie napięcia wzdłuż znanej ścieżki prądowej.

Okablowanie czujników RTD zazwyczaj oznaczane jest kolorami: dwa czerwone i jeden biały w przypadku konfiguracji 3-żyłowej; dwa czerwone i dwa białe w przypadku konfiguracji 4-żyłowej.

Tego typu czujniki RTD umieszczone są w zagęszczonym MgO w metalowej osłonie, dzięki czemu są odporne na wibracje i elastyczne, przez co nadają się do stosowania w trudnych warunkach.

Typowymi błędami są: rezystancja przewodów, przebicie izolacji, samonagrzewanie, naprężenia mechaniczne i długotrwały dryft kalibracji.

Zgodność gwarantuje standaryzowaną wydajność czujników; większa zgodność oznacza większą zamienność bez konieczności ponownej kalibracji.

Czułość to miara tego, jak bardzo rezystancja zmienia się w zależności od stopnia; większa czułość zwiększa rozdzielczość pomiaru i intensywność sygnału.

Wysoka rezystancja izolacji zapobiega błędom bocznikowania i gwarantuje, że odczyty czujnika RTD są prawidłowe i nie są zakłócane przez prądy upływowe.

Pomiar prądu powoduje niewielkie samonagrzewanie. Jeśli nie zostanie ono wyeliminowane, powoduje błędy. Zmniejszenie prądu lub lepsze odprowadzanie ciepła zmniejsza ten efekt.

Określa szybkość, z jaką czujnik RTD reaguje na zmiany temperatury. Zredukowane stałe czasowe umożliwiają szybszą reakcję w zastosowaniach dynamicznych.

Powtarzalność gwarantuje, że RTD dostarcza takie same wyniki w określonych okolicznościach, co jest niezbędne do zapewnienia niezawodności i spójności sterowania procesem i rejestrowania danych.

Długotrwała odporność na dryft jest reprezentowana przez stabilność. Platynowe czujniki RTD charakteryzują się doskonałą stabilnością, szczególnie w trudnych warunkach przemysłowych.

Odpowiednie opakowanie ułatwia przenoszenie ciepła, chroni element i zapewnia precyzję oraz szybką reakcję w pożądanym środowisku.

Są to wytrzymałe zespoły czujników RTD umieszczone w osłonach ochronnych i stosowane do bezpośredniego zanurzenia lub instalacji przemysłowych w osłonie termometrycznej.

Zespoły sond składają się z czujnika RTD, osłony, przewodów i elementów montażowych, które spełniają wymagania dotyczące podłączenia procesowego.

Elastyczne czujniki RTD to cienkie, elastyczne czujniki stosowane na zakrzywionych lub nieregularnych powierzchniach, zapewniające szybką reakcję i wysoką dokładność w ograniczonych przestrzeniach.

Tego typu czujniki RTD zaprojektowano do niestandardowych zastosowań, takich jak montaż powierzchniowy, czujniki wbudowane lub elastyczna taśma w sprzęcie OEM.

Urządzenia RTD są wykorzystywane w takich miejscach jak przemysł przetwórczy, laboratoria, przemysł farmaceutyczny, przemysł lotniczy i kosmiczny, energetyka oraz HVAC, gdzie konieczna jest dokładna i stała regulacja temperatury.

Oferują one doskonałą dokładność, długotrwałą stabilność, szeroki zakres temperatur i wysoką powtarzalność, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań wymagających precyzyjnej kontroli temperatury.

Czujniki RTD są droższe od termopar, reagują wolniej i trudniej je stosować w ekstremalnie wysokich temperaturach (powyżej 850°C).