سنسور RTD چیست

سنسور RTD چیست؟

سنسورهای RTD (مقاومت دماسنجی با تغییر مقاومت) یکی از انواع سنسورهای استفاده شده برای اندازه‌گیری دما هستند و در برنامه های علمی و پژوهشی و در صنعت کاربرد دارند. کلمه RTD مخفف عبارت Resistance Temperature Dectector است در ادامه، به شما توضیحاتی کامل در مورد این سنسورها ارائه می‌دهم:

نکته: ترموکوپلها و ترمیستورها نیز  انواع دیگری از سنسورهای دما هستند

اصول کار سنسورهای RTD :

در این نوع سنسورها از تغییر مقاومت الکتریکی ماده‌ای که با دما تغییر می‌کند برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند. ماده‌ای که برای ایجاد تغییر مقاومت در RTD استفاده می‌شود معمولاً پلاتین (Platinum) است. با افزایش دما، مقاومت پلاتین در برابر جریان الکتریسیته افزایش می‌یابد و این تغییر مقاومت به تغییر دما متناسب است. سنسور RTD یک سنسور دما از نوع Passive میباشد

تغییر مقاومت با تغییر دما: ماده پلاتین دارای خاصیتی است که مقاومت الکتریکی آن با تغییر دما تغییر می‌کند. این تغییر مقاومت به صورت خطی و متناسب با تغییر دما اتفاق می‌افتد، به این معنا که با افزایش دما، مقاومت پلاتین افزایش می‌یابد.

به طور خلاصه، سنسور RTD از تغییر مقاومت الکتریکی ماده پلاتین با تغییر دما برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کند. این تغییر مقاومت توسط یک جریان الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود و به تغییر دما متناسب است. این سنسورها به عنوان یکی از دقیق‌ترین و پایدارترین سنسورهای اندازه‌گیری دما در صنایع مختلف استفاده می‌شوند.

زمان پاسخ این سنسورها بین 1 تا 5 ثانیه میباشد و بنابراین در جاهایی که سرعت عمل مورد نیاز است ، این سنسورها کاربردی ندارد و باید از ترموکوپل استفاده کرد.

خصوصیات سنسورهای RTD:

دقت: سنسورهای RTD دارای دقت بسیار بالایی هستند و معمولاً در دامنه دمایی -200 درجه سانتیگراد تا 850 درجه سانتیگراد عملکرد می‌کنند. این دقت بیشتر از بسیاری از سایر سنسورها می‌باشد.

زمان پاسخ: سنسورهای RTD به طور عمومی زمان پاسخ کندتری نسبت به سنسورهای ترموکوپل دارند. این به معنای این است که زمان لازم برای رسیدن به مقدار دما مورد نظر در سنسور RTD بیشتر است.

محدوده دمایی: سنسورهای RTD دارای محدوده دمایی وسیعی هستند و می‌توانند در دماهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

انواع سنسورهای RTD از لحاظ جنس سنسور:

سنسورهای RTD از نظر جنس حسگر به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

 پلاتینی (Platinum RTD): سنسورهای RTD پلاتینی از پلاتین به عنوان جنس حسگر استفاده می‌کنند. این نوع RTD به عنوان معیار دقت و دسترسی به دامنه دمایی وسیع تر شناخته می‌شوند. جنس پلاتین به دلیل ویژگی‌هایی مانند پایداری دمایی، دقت بالا و پاسخ زمانی مناسب، در بسیاری از برنامه‌های صنعتی استفاده می‌شود. این سنسورها معمولاً در دماهای مختلفی از -200 درجه سانتیگراد تا 850 درجه سانتیگراد عملکرد می‌کنند.

   مواد دیگر (Non-Platinum RTD): علاوه بر سنسورهای RTD پلاتینی، سنسورهای RTD با استفاده از مواد دیگری به عنوان جنس حسگر تولید می‌شوند. این مواد می‌توانند مس (Copper RTD)، نیکل (Nickel RTD)، برنز (Bronze RTD) و غیره باشند. انواع RTD با جنس حسگر غیرپلاتینی معمولاً دقت و پایداری کمتری نسبت به نوع پلاتینی دارند و محدوده دمایی محدود‌تری دارند.

 

سنسورهای RTD پلاتینی به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود به عنوان یکی از انتخاب‌های معتبر برای اندازه‌گیری دما در برنامه‌های پرسی و دقیق شناخته می‌شوند. به عنوان مثال، سنسورهای RTD پلاتینی معمولاً در برنامه‌های پزشکی، صنایع غذایی، آزمایشگاهی، و صنایع دقیقی که نیاز به دقت بالا دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. از طرف دیگر، سنسورهای RTD با جنس حسگر غیرپلاتینی بیشتر در برنامه‌هایی که نیاز به دقت کمتری دارند یا در محدوده دمایی مشخص‌تری عمل می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سنسورهای PT100 و PT1000:

دو نوع پر مصرف از سنسورهای RTD از نوع پلاتینی ، سنسور Pt100 و PT1000 میباشند.

حروف PT به معنای پلاتین است و نشان دهنده اینست که این نوع سنسور RTD از نوع پلاتینی میباشد. عدد جلوی PT نشان دهنده ضریب مقاومت سنسور است. یعنی سنسور PT100 دارای ضریب مقاومت 100 اهم است.

سنسورهای PT100  مختلفی داریم که تفاوت آنها در ضریب دمایی سنسور میباشد و پرمصرفترین آن ، سنسور آلفا 385 تست . عدد 385 یعنی ضریب دمایی این سنسور برابر با 0.00385 بر درجه سانتیگراد است.

سنسور PT1000 که دارای ضریب مقاومت 1000 اهم است یکی دیگر از سنسورهای پرکاربرد از نوع RTD پلاتینی میباشد.

سنسورهای PT100 و PT1000 هر دو نوع سنسور RTD هستند که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شوند. تفاوت اصلی بین آنها در مقاومت اولیه آنها و دقت اندازه‌گیری دما است. در ادامه تفاوت‌های اصلی بین PT100 و PT1000 را توضیح می‌دهم:

 

سنسور PT100:

مقاومت اولیه: PT100 دارای مقاومت اولیه 100 اهم (100Ω) در دمای صفر درجه سانتیگراد است.

دقت: PT100 دارای دقت بالایی است و معمولاً دقت اندازه‌گیری دما در مرز ±0.1 درجه سانتیگراد یا بهتر است.

محدوده دمایی: محدوده دمایی PT100 معمولاً بین -200 درجه سانتیگراد تا +600 درجه سانتیگراد است.

کاربرد: PT100 برای اندازه‌گیری دما در دامنه دمایی وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به خصوص در برنامه‌هایی که دقت بالا مورد نیاز است.

در سنسور PT100 معمولا از سیم رابط سه سیمه یا چهار سیمه استافده میشود.

سنسورهای PT100 به دو حالت thin-film و wire-wound element قابل تولید هستند

فیلم در خصوص what is a PT100 Sensor از سایت Omega.com:

سنسور PT1000:

مقاومت اولیه: PT1000 دارای مقاومت اولیه 1000 اهم (1000Ω) در دمای صفر درجه سانتیگراد است.

    دقت: PT1000 نیز دارای دقت بالاست اما معمولاً دقت آن بیشتر از PT100 است و ممکن است دقت اندازه‌گیری دما در مرز ±0.3 درجه سانتیگراد باشد.  دلیل اینکه دقت Pt1000  از PT100 بیشتر است اینست که چون مقاومت اولیه آن در دمای صفر درجه 1000 اهم است و از Pt100 بالاتر است بنابراین در برابر تغییرات کوچک دما اختلاف مقاومت بیشتری ایجاد میشود و در نتیجه به تغییرات کوچک دما حساستر میباشد. از طرف دیگر به دلیل اینکه حساسیت بالاتری دارد ، میتوانیم با مقدار جریان کمتری که به مدار میدهیم نتیجه خوبی داشته باشیم بنابراین مصرف انرژی در این مدل کمتر است از PT100 و در نتیجه مقدار گرمایی که جریان ایجاد شده در مدار تولید میکند کمتر میشود و به تبع آن خطاهای ناشی از گرمای حاصل از جریان کمتر میشود.

محدوده دمایی: محدوده دمایی PT1000 نیز معمولاً بین -200 درجه سانتیگراد تا +600 درجه سانتیگراد است.

کاربرد: PT1000 برای اندازه‌گیری دما در برنامه‌هایی که نیاز به مقاومت اولیه بالا و دقت مناسب دارند، استفاده می‌شود.

 

در سنسور PT1000 معمولا از سیم رابط دو سیمه استفاده میشود، به دلیل اینکه مقاومت این سنسور خیلی بالا هست و تاثیرات ناشی از مقاومت سیم رابط بسیار اندک خواهد بود و بر روی نتیجه اندازه گیری تاثیر بسیار بسیار اندکی میگذارد.

سنسورهای PT1000 فقط به حالت thin-film  قابل تولید هستند

 

با توجه به تفاوت‌های مقاومت اولیه و دقت، انتخاب بین PT100 و PT1000 به ویژگی‌های مخصوص برنامه‌ی شما و دقت مورد نیاز شما بستگی دارد.

فیلم زیر که از سایت omega.com استخراج شده توضیحات کاملتری ارائه میدهد.

سیمهای رابط در سنسورهای RTD و کاربرد آن:

در سنسورهای RTD از سیم‌های رابط برای اتصال سنسور به سیستم اندازه‌گیری و مانیتورینگ استفاده می‌شود. این سیم‌های رابط نقش بسیار مهمی در دقت و کارکرد سنسورهای RTD دارند. دلایل استفاده از سیم‌های رابط و اهمیت آنها به شرح زیر است:

 

اصول اندازه‌گیری دما: در سنسورهای RTD، دما بر اساس تغییر مقاومت سنسور اندازه‌گیری می‌شود. به این منظور، دو سیم به سنسور متصل می‌شوند. یکی از این سیم‌ها به عنوان سیم مثبت (Positive) و دیگری به عنوان سیم منفی (Negative) شناخته می‌شود. تغییر مقاومت سنسور بین این دو سیم در واحد اندازه‌گیری دما تبدیل می‌شود.

حفاظت از مواد حساس: سیم‌های رابط عمدتاً از موادی تهیه می‌شوند که به تغییرات دما حساس نیستند. این مواد بیشتر در مقایسه با جنس حسگر سنسور به تغییرات دما مقاومت دارند. این امر باعث می‌شود که تغییر مقاومتی که در سیم‌های رابط ایجاد می‌شود، به تغییرات دما در محیط خارجی کمتر حساس باشد.

توانایی انتقال اطلاعات: سیم‌های رابط برای انتقال اطلاعات دما از سنسور به سیستم مانیتورینگ یا کنترل استفاده می‌شوند. این سیم‌ها توانایی انتقال اطلاعات دما با دقت و پایداری را دارند و به تغییر مقاومت سنسور پاسخ می‌دهند.

مقیاس‌پذیری: با استفاده از سیم‌های رابط، می‌توان انواع مختلفی از سنسورهای RTD را به سیستم اضافه کرد یا جایگزین کرد. این امکان به معنای افزایش انعطاف‌پذیری سیستم اندازه‌گیری دما است.

 

تاثیر سیم‌های رابط بر اندازه‌گیری دما:

استفاده از سیم‌های رابط به عنوان جزء اصلی اتصال سنسور به سیستم اندازه‌گیری دما می‌تواند تاثیری محدود بر دقت اندازه‌گیری دما داشته باشد. این تاثیر عمدتاً به عوامل زیر بستگی دارد:

    مقاومت سیم‌های رابط: مقاومت سیم‌های رابط می‌تواند تغییراتی در اندازه‌گیری دما ایجاد کند. برای مقابله با این تغییرات، معمولاً سیم‌های رابط با مقاومت معین و دقت بالا انتخاب می‌شوند.

طول سیم‌های رابط: طول سیم‌های رابط نیز می‌تواند تاثیری در دقت اندازه‌گیری دما داشته باشد. سیم‌های رابط بلندتر می‌توانند به توانایی افت ولتاژ در طی انتقال اطلاعات دما منجر شوند. بنابراین، در طراحی سیستم، انتخاب طول مناسب برای سیم‌های رابط و مراعات مقدار افت ولتاژ اهمیت دارد.

    مقاومت الکتریکی محیط: محیط اطراف سیم‌های رابط نیز می‌تواند تاثیر داشته باشد. اگر محیط دارای خصوصیت‌های الکتریکی خاصی باشد و مقاومت الکتریکی بالایی داشته باشد، ممکن است این مقاومت باعث اختلال در اندازه‌گیری دما شود.

در نهایت، اهمیت انتخاب و مدیریت سیم‌های رابط در سیستم‌های RTD برای دقت و پایداری اندازه‌گیری دما بسیار مهم است. انتخاب مواد مناسب، مقاومت دقیق و مدیریت مناسب طول و اتصالات سیم‌های رابط به سنسور و سیستم می‌تواند به بهبود دقت اندازه‌گیری دما کمک کند

انواع سیم های رابط در سنسور RTD:

سیمهای رابط دو سیمه:

سنسور RTD بوسیله سیم های رابط به کنترلها یا ترانسمیتر متصل میشود. سیم های رابط خودشان دارای مقاومت هستند و در صورت استفاده از سنسورهای دو سیمه، مقاومت سیم های رابط به مقاومت سنسور RTD اضافه میشود و نکته دیگر اینست که هر چقدر طول سیمهای رابط بیشتر باشد مقاومت بیشتری تولید و به مقاومت سنسور  اضافه میشود و این موضوع باعث خطا در اندازه گیری دما میگردد. برای مقابله با این تغییرات، معمولاً سیم‌های رابط با مقاومت معین و دقت بالا انتخاب می‌شوند.

سیمهای رابط سه سیمه و چهار سیمه

یک راه از بین بردن تاثیر مقاومت سیمهای رابط اینست که یک سیم اضافه در سیستم قرار بدهند و مقاومت این سیم را اندازه گیری کنند و در نتیجه میتوانند میزان مقاومت دو سیم رابط اصلی را پیدا کرده و در محاسبات آن را لحاظ نمایند تا تاثیر آن را در محاسبه دما از بین ببرند.

عکس زیر یک سنسور از نوع سه سیمه میباشد:

در حالت 4 سیمه، تاثیر مقاومت سیم های رابط به طور کلی از بین میرود و در نتیجه در این نوع سنسور های RTD،  دما با دقت بسیار بالا اندازه گیری میشود.

در کل، استفاده از سیم‌های رابط سه یا چهار سیمه به دقت بالاتر و امکان مدیریت بهتر اشکالات ممکن در سیگنال دما کمک می‌کند.

در فیلم زیر از شرکت Omega.com توضیحات در این خصوص را مشاهده نمایید:

غلاف یا لوله محافظ سنسور RTD

معمولا سنسورهای RTD دارای یک غلاف از جنس فولاد ضد زنگ SS316 و یا  اینکونل هستند که وظیفه غلاف محافظت از سنسور در برابر شرایط محیطی و ضربه های ناگهانی میباشد. از غلاف ss316 برای دماهای کمتر از 500 درجه و از  اینکونل ( Inconel) که یک ماده مقاوم به اکسیداسیون میباشد برای محیطهای با دمای بالاتر از 500 درجه استفاده

مشاهده محصولات مرتبط با سنسورهای دما