سه حرف است که خلاصه‌ی عبارت «آشکارساز دمای مقاومتی» می‌باشد. گاهی به RTD ها به طور کلی، دماسنج‌های مقاومتی هم می‌گویند.
یک شناساگر دمای مقاومتی یا یک RTD، انتخابی محبوب برای سنسورهای دماست که دما را با استفاده از این اندازه‌گیری می‌کنند که مقاومت فلز، با دما تغییر می‌کند.
اصول کاری RTD:
RTDها بر اساس رابطه‌ی بین فلز و دما کار می‌کنند. با افزایش دمای فلز، مقاومت فلزات در برابر جریان برق افزایش پیدا می‌کند. به همان شکلی که دمای المان مقاومتی RTD افزایش پیدا می‌کند، مقاومت الکتریکی اندازه‌گیری شده به اُهم افزایش پیدا می‌کند.
المان‌های RTD بر اساس مقاومت به اُهم (Ω) در صفر درجه سلسیوس (°C) تعیین می‌شوند.
رایج‌ترین مشخصات RTD عبارتند از 100Ω، که یعنی در 0°C المان RTD باید مقاومت 100Ω را نشان بدهد.
رایج‌ترین و بیشترین متریال‌های استفاده شده در دماسنجی مقاومتی عبارتند از پلاتین، نیکل، مس و نیمه‌رساناها. فلز پلاتین به شکل گسترده در اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. در مقایسه با پلاتین، مس و نیکل کمتر استفاده می‌شوند.
ساختار RTDها: سه نوع ساختار اصلی برای RTDها وجود دارد.
- RTDهای سیم‌پیچ یا wire-wound (طرح المان‌های کویل شده)
- RTDهای سیم‌پیچ یا wire-wound (طرح پیچ بیرونی)
- طرح فیلم نازک (thin-film)
می توانید برای آگاهی در مورد دیگر سنسور دما لینک مقابل را دنبال کنید: ترموکوپل
RTD سیم‌پیچ (طراحی outer wound):
شناساگرهای دمای مقاومتی wire-wound (سیم‌پیچ) شامل یک سیم‌پیچ کویل شده ظریف از جنس پلاتین می‌شوند که دور یک هسته سرامیکی یا شیشه‌ای پیچیده شده‌اند. به نسبت ظریف و شکننده هستند و معمولا با یک پوشش فلزی برای محافظت ارائه می‌شوند. نسبت به شناساگرهای فیلم مسطح (flat film) در بازه‌ی دمایی وسیع‌تر، دقت بالاتری را ارائه می‌کنند اما گران‌قیمت هستند.
RTD سیم‌پیچ (طراحی سیم‌پیچ کویل شده):
پوشش آن یک لوله اکسید سرامیکی پخته شده است که دارای حفره‌هایی با فاصله مساوی است که نسبت به محورها افقی هستند. سیم‌پیچ در حفره‌ها قرار می‌گیرد و پر شده از یک پودر سرامیکی به شدت ریزشده (خُرد شده) است. این چیدمان، تماس خوبی را با فرآیند فراهم می‌آورد.
RTD فیلم نازک (thin-film):
این نوع RTDها با قرار دادن یک لایه نازک سیم پلاتینی روی یک بستر سرامیکی تولید می‌شود، سپس المان با اپوکسی یا شیشه روکش می‌شود که از آن محافظت می‌کند.
جایگزینی ارزان‌تر برای شناساگرهای سیم‌پیچی هستند و پاسخ زمان سریعی دارند. اما پایداری کمتری را فراهم می‌کنند و بازه دمایی کمتری نسبت به نوع سیم‌پیچ دارند.
RTD پلاتینی:
مقاومت ویژه پلاتین شش برابر مس است. پلاتین نسبتا غیرواکنشی است و نقطه ذوب بالایی (1769°C) دارد چون ضریب دمای مقاومت تثبیت‌شده‌ای دارد.
بازه دما: انتخابی رایج برای اندازه‌گیری دقیق دما بین -200°C تا 1000°C است. از طرفی، در کاربردهای صنعتی، بازه به 400°C محدود شده است. دلیل این مساله، دقت پایین در اندازه‌گیری‌های دمای بالاست.
مزایا:
- فلز پلاتین به شکل رایج برای المان‌های RTD استفاده می‌شود، که این مساله چندین دلیل دارد، از جمله:
- خنثی بودن یا بی‌اثری شیمیایی
- رابطه تقریبا خطی بین دماها در مقایسه با ارتباط مقاومتی.
- ضریب دما مقاومت به حد کافی بالاست تا تغییر مقاومت قابل اندازه‌گیری با دما را ارائه کند.
- پایداری (به این معنا که مقاومت دمای آن به شکل قابل توجهی با زمان تغییر نمی‌کند).
Pt100 و Pt1000 چیست؟
Pt100 مقاومت پلاتین 100Ω در 0°C است و Pt1000 یعنی مقاومت پلاتین 1000Ω در 0°C. Pt1000 رزولوشن بالاتری دارد، معمولا به شدت دقیق‌تر از شناساگر Pt100.
Pt100 در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ضریب دمای مقاومت یا مقدار آلفا (Alpha Value)
رابطه بین مقاومت و دما را می‌توان با یک ارتباط تخمین زد:
RT = R0 (1 + 𝛼T)
Ro = 0°C مقاومت در
RT = T(Ω) مقاومت در
𝛼 (آلفا) = ضریب دمای مقاومت (Ω/Ω به ازای °C)
T = دما به واحد سلسیوس
این یک خصیصه‌ی مهم فلز است. یک منحنی است که بین مقاومت در برابر ارتباط دما بین 0°C و 100°C کشیده می‌شود. به این ضریب دمای مقاومت آلفا (alpha یا 𝛼) گفته می‌شود.
𝛼 = R100 – R0 / 100 °C * R0
R0 = 0°C مقاومت سنسور در
R100 = 100°C مقاومت سنسور در
آلفا (𝛼) شیب مقاومت (Ω) بین 0°C و 100°C است.
مقدار آلفا (𝛼) برابر است با ضریب دمای پلاتین 0.003925 Ω/Ω/°C در بازه 0°C تا 100°C.
مقدار آلفا (𝛼) استفاده شده در اروپا 0.00385 متوسط بین 0°C تا 100°C است.
RTD نیکل
بعد از فلز پلاتین، دومین فلزی که استفاده می‌شود، نیکل با خلوص بالاست که بالاترین ضریب دمایی را ارائه می‌کند، بالاترین بازه دمایی بعد از پلاتین را فراهم می‌آورد و مزیت اسمبل پایین‌تر را در مقادیر مقاومت بالاتر نسبت به پلاتین سیم‌پیچ دارد.
حداکثر بازه دما RTD نیکل -80 تا 320°C است. در کاربردهای عملی به -200 تا 550°C محدود است.
مزایا:
- در مقایسه با پلاتین، RTD نیکل حساسیت دوبرابر دارد.
- نیکل و آلیاژهای آن، نسبتا کم‌هزینه هستند.
- مقاومت ویژه و مقادیر ضریب دمای بالا.
معایب:
- واریاسیون در مقاومت الکتریکی با دما غیرخطی است.
- مقاومت در برابر استرین (strain).
- RTDهای نیکل به دلیل کاربرد محدود خود، کمتر استفاده می‌شوند.
- بازه عملیاتی محدود است و پایداری ضعیف‌تری دارد.
کاربرد:
در کاربردهای کم‌هزینه استفاده می‌شود، وقتی که دقت خیلی مهم نباشد.
RTD مس
گاهی اوقات مس برای بازه -100°C تا +100°C استفاده می‌شود و نسبتا ارزان است. 10Ω معمولا برای بازه پایین‌تر دما استفاده می‌شود اما 100Ω و 1000Ω برای رزولوشون بهتر هم استفاده می‌شود. حداکثر بازه دمای RTD مس نباید از 260°C عبور کند. بازه مفید آن‌ها -50 تا 250°C است.
مزایا:
RTD مس استفاده شده برای اندازه‌گیری در بازه -100°C تا +100°C نسبت به انواع دیگر، ارزان است.
نسبت به RTD نیکل، پایدارتر است.
معایب:
هیچ منحنی استاندارد بین‌المللی شناخته شده‌ای برای RTD مس وجود ندارد.
RTD مس در برابر واکنش شیمیایی آسیب‌پذیر است.
کاربرد:
RTDهای مس به شکل رایج برای سنس کردن دمای موتورها، ژنراتورها و توربین‌ها استفاده می‌شوند. اتصال آن‌ها به یک alarm trip (آلارم تریپ)، فعالیت خاموش شدن (shutdown) در دمای مازاد (بیش از حد) را فراهم می‌کند.
معیارهای مهم در انتخاب متریال رسانا برای RTDها:
تغییر مقاومت متریال‌ها در هر واحد تغییر دما باید تا حد ممکن بالا باشد. این خصیصه حساسیتی بالا و واکنشی بهتر را به تغییرات در دما را فراهم می‌آورد.
متریال باید مقدار بالایی مقاومت ویژه داشته باشد تا حداقل حجم متریال برای ساخت سنسور مورد نیاز باشد.
متریال نباید واکنش نشان دهد یا پایداری شیمیایی نشان دهد. نباید با دما، خورده و فرسوده شود.
معایب:
در تمام انواع RTDهایی که خطای ایجاد شده به دلیل خودگرمایش است، احتیاط کنید.