Realizzazione di un circuito per misuratore di temperatura RTD

In questo post impariamo come realizzare un circuito per misuratore di temperatura RTD e apprendiamo anche i diversi RTD e i loro principi di funzionamento attraverso le formule.

Cos'è un RTD

Un RTD o rilevatore di temperatura a resistenza funziona rilevando la differenza o un aumento della resistenza del metallo del sensore quando è sottoposto a calore.

Questa variazione della temperatura dell'elemento essendo direttamente proporzionale al calore, fornisce una lettura diretta dei livelli di temperatura applicati.

L'articolo spiega come funzionano gli RTD e anche come realizzare un semplice circuito del sensore di alta temperatura utilizzando un dispositivo RTD fatto in casa.

Una lettura diretta sotto forma di valori di resistenza variabili può essere ottenuta riscaldando una normale 'serpentina di riscaldamento' o un elemento di 'ferro'.

La resistenza essendo direttamente equivalente al calore sottoposto, corrisponde al calore applicato e diventa misurabile su un normale ohmetro digitale. Per saperne di più.

Come funzionano i misuratori di temperatura RTD

Tutti i metalli hanno in comune questa proprietà fondamentale, cioè tutti cambiano la loro resistenza o il grado di conduttanza in risposta al calore o all'aumento della temperatura. La resistenza di un metallo aumenta quando si riscalda e viceversa. Questa proprietà dei metalli viene sfruttata negli RTD.

La suddetta variazione della resistenza del metallo è ovviamente correlata alla corrente elettrica e significa che se la corrente viene fatta passare attraverso un metallo che è sottoposto a qualche sbalzo di temperatura offrirà corrispondenti livelli di resistenza alla corrente applicata.

La corrente quindi varia anche proporzionalmente al variare della resistenza del metallo questa variazione della corrente in uscita viene letta direttamente su un misuratore opportunamente tarato. Questo è il modo in cui fondamentalmente un termometro RTD funziona come sensore termico o trasduttore.

Gli RTD sono comunemente specificati a 100 Ohm, il che significa che l'elemento dovrebbe mostrare una resistenza di 100 Ohm a zero gradi Celsius.

Gli RTD sono generalmente costituiti dal metallo nobile platino grazie alle sue eccellenti caratteristiche metalliche come l'inerzia ai prodotti chimici, buona risposta lineare alla temperatura rispetto al gradiente di resistenza, grande coefficiente di temperatura di resistenza, fornendo una gamma più ampia di misurazioni e stabilità (capacità di mantenere le temperature e cambio improvviso).

Parti principali di una RTD

La figura sopra di un semplice misuratore di temperatura RTD mostra il design di base di un dispositivo RTD standard. È un semplice tipo di trasduttore termico composto dai seguenti componenti principali:

Un involucro esterno, costituito da materiale resistente al calore come vetro o metallo e sigillato esternamente.

L'involucro di cui sopra racchiude un filo metallico sottile che viene utilizzato come elemento di rilevamento del calore.

L'elemento è terminato tramite due fili flessibili esterni che funge da sorgente di corrente per il trasduttore o l'elemento metallico racchiuso.

L'elemento del filo è posizionato con precisione all'interno della custodia in modo che sia distribuito proporzionalmente su tutta la lunghezza della custodia.

Cos'è la resistività

Il principio di funzionamento di base degli RTD si basa sul fatto che la maggior parte dei conduttori mostra una variazione lineare nella loro caratteristica fondamentale (conduttanza o resistenza), quando sottoposti a temperature variabili.

Proprio la resistività del metallo cambia in modo significativo in risposta al variare delle temperature.

Questa variazione della resistività di un metallo corrispondente alle variazioni di temperatura applicate è definita coefficiente di temperatura di resistenza o alfa ed è espressa attraverso la seguente formula:

alfa = d (rho) / dT = dR / dT ohm / oC (1)

dove rho è la resistività dell'elemento o del filo metallico utilizzato, R è la sua resistenza in Ohm con una configurazione specificata.

Come calcolare la resistività

La formula di cui sopra può essere ulteriormente applicata per determinare la temperatura di un sistema sconosciuto attraverso l'espressione generale di R come data nella seguente equazione:

R = R (0) + alpha (0 gradi + Tx), dove R (0) è la resistenza del sensore a zero gradi Celsius e Tx è la temperatura dell'elemento.

L'espressione sopra può essere semplificata e scritta come:

Tx = {R - R (0)} / alpha Pertanto, quando R = R (0), Tx è = 0 gradi Celsius, o quando R> R (0), Tx> zero gradi Celsius, tuttavia a R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Sarà importante notare che, per ottenere risultati affidabili durante l'utilizzo di RTD, la temperatura applicata deve essere distribuita uniformemente su tutta la lunghezza dell'elemento di rilevamento, in caso contrario potrebbero verificarsi letture imprecise e incoerenti in uscita.

Tipi di RTD

Le condizioni sopra spiegate si riferivano al funzionamento di un RTD di base di tipo a due fili, tuttavia, a causa di molti vincoli pratici, un RTD a due fili non sono mai accurati.
Per rendere i dispositivi più precisi, normalmente sono incorporati circuiti aggiuntivi sotto forma di un ponte di wheatstone.
Questi RTD possono essere classificati come tipi a 3 fili e 4 fili.

RTD a tre fili: il diagramma mostra un tipico collegamento di RTD a 3 fili. Qui, la corrente di misura scorre attraverso L1 e L3 mentre L3 si comporta proprio come uno dei potenziali conduttori.

Finché il ponte è in condizione bilanciata, nessuna corrente passa attraverso L2, tuttavia L1 e L3 si trovano in bracci separati della rete di grani, le resistenze vengono annullate e assumono un'alta impedenza attraverso Eo, anche le resistenze tra L2 e L3 sono mantenute a valori identici.

Il parametro garantisce l'uso di un massimo di 100 metri di filo da terminare dal sensore fino al circuito di ricezione, mantenendo la precisione entro il 5% dei livelli di tolleranza.

RTD a quattro fili: L'RTD a quattro fili è probabilmente la tecnica più efficiente per produrre risultati accurati anche quando l'RTD effettivo è posizionato a distanze molto lontane dal display del monitor.

Il metodo annulla tutte le discrepanze del filo conduttore per produrre letture estremamente accurate. Il principio di funzionamento si basa sull'erogazione di una corrente costante attraverso l'RTD e la misurazione della tensione attraverso di esso attraverso un dispositivo di misurazione ad alta impedenza.

Il metodo elimina l'inclusione di una rete bridge e tuttavia fornisce risultati molto credibili. La figura mostra un tipico layout di cablaggio RTD a quattro fili: qui viene applicata una corrente costante dimensionata con precisione derivata da una sorgente adatta attraverso L1, L4 e l'RTD.

Un risultato proporzionale diventa direttamente disponibile attraverso l'RTD attraverso L2 e L3 e può essere misurato con un DVM ad alta impedenza, indipendentemente dalla sua distanza dall'elemento di rilevamento. Qui, L1, L2, L3 e L4 che sono le resistenze dei fili, diventano valori insignificanti che non hanno alcuna influenza sulle letture effettive.

Come realizzare un sensore per alte temperature RTD fatto in casa

Un'unità sensore di alta temperatura può essere progettata utilizzando un normale 'elemento riscaldante' come una serpentina o un elemento 'ferro'. Il principio di funzionamento si basa sulle discussioni di cui sopra.

I collegamenti sono semplici e devono solo essere costruiti come mostrato nello SCHEMA seguente.