Razlika između termopare, termistora i RTD

Koncept temperature

Iz fizičkog gledišta, toplina je mjera energije koju tijelo sadrži zbog neredno kretanja njegovih molekula ili atoma. Kako tennis loptice imaju više energije s porastom brzine, unutarnja energija tijela ili plina povećava se s porastom temperature. Temperatura je varijabla koja, uz druge parametre poput mase i specifične topline, opisuje energetski sadržaj tijela.

Osnovna mjera temperature je Kelvin. U 0 ° K (Kelvin), svaka molekula u tijelu je u mirovanju i nema više topline. Stoga, nije moguće negativna temperatura jer ne postoji stanje s nižom energijom.

U svakodnevnom koristenju, obicna praksa je koristiti celsiussku temperaturu (ranije centigrad). Njen nul-tacka je na tocki zamaravanja vode, sto se lako moze reproducirati u praksi. Sada 0 ° C ni je uopce najniza temperatura, jer svi znaju iz iskustva. Proširivanjem Celsiusove skale do najniže temperature pri kojoj se zaustavlja sve molekularno kretanje, dostizemo – 273.15 stepeni.

Covjek ima sposobnost da mjera temperaturu kroz svoje osjetke u ogranicenom rasponu. Međutim, nije bio u mogucnosti precizno reproducirati kvantitativne mjerenja. Prva forma kvantitativnog mjerenja temperature razvila se u Firenci po pocetku 17. stoljecaa i ovisila je o proširenju alkohola. Skaliranje se temelji na najvisa ljete i zimska temperatura. Sto godina kasnije, švicarski astronom Celsius je ga zamijenio tockama taljenja i kljanja vode. To daje termodromu mogucnost uvecavanja i smanjivanja bilo kada i reprodukciju citanja kasnije.

Mjerenje temperature električno

Mjerenje temperature važno je u mnogim primjenama, kao što su upravljanje zgradama, obrada hrane i proizvodnja ocele i naftehemijskih proizvoda. Ove vrlo različite primjene zahtijevaju temperature sijalice s različitim fizičkim strukturama i obično različitim tehnologijama.

U industrijskim i poslovnim primjenama, mjerna točka se obično nalazi daleko od točke indikacije ili upravljanja. Daljnje obrade mjerenja potrebna su u kontrolerima, snimaocima ili računalima. Te primjene nisu prilagođene izravnoj indikaciji termetara kako ih poznajemo iz svakodnevnog koristenja, nego je potrebno pretvoriti temperaturu u drugi oblik naprave, električni signal. Kako bi se pružio ovaj udaljeni električni signal, obično se koristi RTD. Termistore i termopare.

RTD uzima u obzir karakteristiku promjene otpora metala s temperaturom. Oni su senzori s pozitivnim koeficijentom temperature (PTC) čiji se otpor povećava s temperaturom. Glavni metali koji se koriste su platin i nikel. Najčešće korišteni senzori su RTD od 100 ohma ili 1000 ohma ili platični otporni termostati.

RTD je najtočniji senzor za industrijske primjene i također pruža najbolju dugoročnu stabilnost. U slučaju da se ne primjenjuje presjek, za svaku vrstu materijala treba se upotrijebiti presjek koji je u skladu s člankom 6. stavkom 2. Nakon jedne godine može doći do promjene od + 0,05 °C zbog starenja. Platinski rezistencijski termometri imaju temperaturni raspon od 200 do 800 ° C.

Promjena otpora s temperaturom

Provodnost metala ovisi o mobilnosti provedbene elektrona. Ako se na kraj žice primeni napon, elektroni se pomiču prema pozitivnom polu. Povredice u rešetki oviju taj pokret. Uključuju one vanjske ili nedostajuće atome rešetke, atome na granicama zrnbena i između položaja rešetke. Budući da su ove mjesto grešaka neovisna o temperaturi, one uzrokuju konstantni otpor. S povećanjem temperature, atomi u metalnoj rešetki pokazuju povećane oscilacije blizu svojih stacionarnih položaja, time ovajući pokret provedbenih elektrona. Budući da oscilacije rastu linearno s temperaturom, povećanje otpora uzrokovano oscilacijama izravno ovisi o temperaturi.

Platinum se široko prihvaća u prometnoj mjerenju. Njegove prednosti uključuju kemiku stabilnost, relativno jednostavnu izradu (posebno za proizvodnju žice), mogućnost dobivanja u visokoj čistoći i reprodukcibilne električne karakteristike. Ove karakteristike čine da je platinumni otporni senzor najšire zamjenjiv temperature senzor.

Termistore su napravljeni od nekih kovinskih oksida i njihov otpor smanjuje se s porastom temperature. Zbog toga što se otporna karakteristika smanjuje s porastom temperature, naziva se senzor s negativnim temperaturnim koeficijentom (NTC).

Zbog prirode osnovnog procesa, broj vodijućih elektrona raste eksponencijalno s temperaturom; stoga, karakteristika prikazuje jak rast. Ova očigledna nelinearnost je nedostatak NTC otpornika i ograničava njegovu učinkovitu temperaturnu raspon na oko 100 °C. Naravno, mogu se linearizirati pomoću automatskih računala. Međutim, preciznost i linearnost ne mogu ispunjiti zahtjeve velikog mjernog raspona. Njihov odmak pri promjenjivoj temperaturi također je veći nego kod RTD-a. Njihova upotreba je ograničena na nadzor i indikacijske primjene gdje temperatura ne premašuje 200 °C. U ovom jednostavnom primjeni, zapravo su superiorni drugim skuplji termoparovi i RTD-ovi, uzimajući u obzir njihovu nisku cijenu i relativno jednostavne elektroničke šeme koje su potrebne.

Osnova termopare je spoj između dvaju različitih metala, termistor. Napetost generirana od strane termopare i RTD raste s temperaturom. U usporedbi s otpornosnim termetrima, one imaju veću gornju granicu temperature, s značajnom prednostom u nekoliko tisuća stepeni Celzijusa. Njihova dugoročna stabilnost je malo lošija (nekoliko stepeni nakon godine), a točnost mjerenja je malo lošija (prosječno + 0,75% mjernog raspona). Često se koriste u pećinama, kaminima, mjerenju dimskih plinova i drugim područjima gdje su temperature više od 250 °C.

Termoelektrični efekt

Kada su dva metala spojena zajedno, proizvede se termoelektrična napetost zbog različite veze energije elektrona i metalnih iona. Napetost ovisi o samom metalu i temperaturi. Da bi ovaj termalni potencijal stvorio strujanje, dva metala moraju naravno biti spojena na drugom kraju kako bi se formirao zatvoreni krug. Na taj način, u drugom spajanjima nastaje termalna napetost. Termoelektrički efekt je otkrio Seebeck 1822. Već 1828., Becquerel je predložio uporabu platinovo-paladijumske termoparove za mjerenje temperature.

Ako je temperatura ista u oba spajanja, nema strujanja jer se parcijalni tlakovi koji nastaju u dvije točke uspore i ponistave. Kada je temperatura u spajanju različita, napetost koja se generira je različita i struja teče. Stoga, termopar može samo mjeriti razliku temperature.

Mjerna točka je spoj izložen temperature koju se mjeri. Referentni spoj je spoj pri poznatoj temperaturi. Budući da je poznata temperatura obično niža od temperature mjerenja, referentni spoj se obično zove hladan spoj. Kako bi se izračunala stvarna temperatura mjerne točke, mora se znati temperatura hladne strane.

Stariji instrumenti koriste termostatsku kontrolu kutija za spojeve kako bi kontrolirali temperaturu hladnog spoja na poznate vrijednosti poput 50°C. Suviđe instrukmenti koriste tankofilmski RTD na hladnoj strani kako bi odredili njenu temperaturu i izračunali temperaturu mjerne točke.

Napetost nastala termoelektričnim utjecajem vrlo je mala i iznosi samo nekoliko mikrovolta po stepenu Celzijevom. Stoga se termoparovi uobičajeno ne koriste u rasponu od – 30 do + 50 °C, jer je razlika između temperature referentnog spoja i temperature referentnog spoja premala za proizvodnju signala bez interferencije.

Žično spojivanje RTD

U otpornosnom termometru, otpor se mijenja s temperaturom. Da bi se procijenio izlazni signal, konstantan strujni tok prolazi kroz njega i meri se napon na njemu. Za ovaj spad napona vrijedi Ohmov zakon, v = IR.

Struja mjerenja treba biti što manja kako bi se izbjeglo grejanje senzora. Može se smatrati da će struja mjerenja od 1mA ne uvesti nikakvu očiglednu pogrešku. Struja uzrokuje spad napona od 0,1V u PT 100 pri 0 ℃. Taj signali napon sada mora biti prenesen kroz spojivu žicu do točke indikacije ili evaluacije s minimalnim promjenama. Postoje četiri različita vrste spojnih krugova:

krug s dvije žice

U slučaju da se radi o izmjeni, u skladu s člankom 6. stavkom 2. točkom (a) ovog pravilnika, u skladu s člankom 6. stavkom 2. točkom (a) ovog pravilnika, mora se upotrijebiti sljedeći sustav: Kao i svaki drugi električni provodnik, kabl ima otpor u seriji s otpornim termometrom. Kao rezultat, dva otpora se dodaju zajedno i elektronika to tumači kao porast temperature. Za duže udaljenosti otpor linije može doseći nekoliko ohmova i proizvesti značajno pomaknuti mjerenu vrijednost.

krug s tri žice

Kako bi se smanjio utjecaj otpora linije i njezina fluktuacija s temperaturom, obično se koristi krug s tri žice. U to uključuje i priključivanje dodatnih žica na jedan od kontakata RTD-a. U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, za sve proizvode koji se upotrebljavaju u proizvodnji električne energije, za koje se primjenjuje točka (b) ovog članka, za koje se primjenjuje točka (c) ovog članka, za koje se primjenjuje točka (d) ovog članka, za koje se Trostrukovo krug može nadoknaditi otpor linije u smislu broja i temperaturne promjene. Međutim, sve tri provodnika moraju imati iste karakteristike i biti izloženi istoj temperaturi. To se obično primjenjuje u dovoljnoj mjeri da se 3-žični krugovi danas čine najčešće korištena metoda. Ne zahtijeva se ravnoteža linije.

krug s četri žice

Najbolji način povezivanja otpornog termometra je četveroprovodni krug. Mjerenje ne ovisi niti o otporu provoda niti o promjenama uzrokovanim temperaturom. Ne potrebno je ravnotežiti liniju. Termometar pruža mjerenje strujom putem napojne veze. Spad napetosti na mjernom provodu uzima se preko mjernog provoda. Ako je ulazna otpornost elektroničkog uređaja mnogo veća od otpora provoda, zadnji se može zanemariti. Spad napetosti određen na taj način je neovisan od karakteristika spojivog provoda. Ova tehnika se obično koristi samo za znanstvene instrumente koji zahtijevaju preciznost mjerenja od stotinke.

2-provodni prenosnik

Korištenjem 2-žičnog prenosnika umjesto višežičnog kabela, problem 2-žične poveznice, kao što je opisano iznad, može se izbjeći. Prenosnik pretvara signale senzora u normalizirani strujni signal od 4-20mA, koji je proporcionalan temperaturi. Snaga za rad prenosnika također djeluje kroz iste dvije veze, koristeći osnovnu struju od 4 mA. 2-žični prenosnik pruža dodatnu prednost, a to je da pojačanje signala znatno smanjuje utjecaj vanjskih ruževina. Postoji dva rasporeda za položaj prenosnika. Budući da rastojanje između ne-pojačanih signala treba biti što kraće, pojačalo se može direktno instalirati na termometar u njegovom završnom glavi. Ovo najbolje rješenje ponekad nije moguće zbog konstrukcijskih razloga ili razmatranja da će prenosnik biti težak dostići u slučaju pogreške. U tom slučaju, prenosnik montiran na računalo se instalira u kontrolni ormarić. Prednost poboljšanog pristupa je da se kupuje cijenom dužeg puta kojim mora putovati ne-pojačani signal.

Povezivanje termistora

Opornost termistora je obično nekoliko redova veličine veća od opornosti bilo koje vodice za povezivanje. Stoga, utjecaj opornosti vodice na čitanja temperature zanemariv, dok su termistori skoro uvijek povezani u 2-vodičnom konfiguraciji.

Povezivanje termopara

Za razliku od RTD-a i termistora, termopari imaju pozitivne i negativne noge, pa se mora obratiti pažnja na polaritet. Oni se mogu direktno povezati s lokalnim 2-vodičnim prenositeljem, a bakarna vodica se može vratiti do primateljskog instrumenta. Ako primateljski instrument može prihvatiti ulaz termopara, ista vodica termopara ili vodica za produženje termopara mora se koristiti sve do primateljskog instrumenta.