سنسور RTD چیست و چه کاربردهایی دارد؟ دماسنج های RTD جزو کدام دسته یا گروه از تجهیزات برق صنعتی هستند؟ از حسگرهای آر تی دی به چه منظوری استفاده می شوند؟ چه نکاتی را در زمان انتخاب و خرید این تجهیزات کاربردی بایستی در نظر بگیرید؟ نکات حائز اهمیت و مراقبت های لازم در زمان استفاده از دماسنج های آشکارساز دمای مقاومتی یا (Resistance Temperature Detector) چیست؟

در این مقاله ما از عبارت های آشکارساز دمای مقاومتی، ردیاب دمای مقاومتی و دتکتورهای دمای مقاومتی استفاده می کنیم که همه این عبارات نام دیگر RTD هستند.

در ادامه به سوالات بالا و بسیاری از سوالات دیگر شما درباره این تجهیزات اندازه گیری دما، پاسخ خواهیم داد. پس حتماً تا انتهای این مقاله، با ما همراه باشید.

سنسور RTD، دماسنجی کاملاً حرفه ای، کاربردی و پرمصرف به منظور اندازه گیری حرفه ای و دقیق دما در محیط های صنعتی است و جزو زیر مجموعه سنسورهای دما محسوب می گردد.

لازم به ذکر است که مشهور ترین سنسورهای دما عبارتند از: ترموکوپل، آر تی دی و ترمسیتور. شرکت مانیاد صنعت رادین آژند، مفتخر است که انواع گوناگون سنسورهای اندازه گیری دما را در ابعاد، اندازه و سایزهای گوناگون به همراه دقت بسیار بالا تولید و برای آن ها گواهی دقت انداازه گیری صادر کند. کلیه محصولات ما، توسط واحد کنترل کیفیت تست و سپس برای مشتریان عزیز ارسال می گردد.

دماسنج یا سنسور RTD چگونه کار می کند؟

دماسنج ها یا سنسورهای RTD (ردیاب دمای مقاومتی)، دماسنج های اندازه گیری ای هستند که مقاومت داخلی آنها با توجه میزان دما، تغییر می کند. با افزایش میزان دمای سنسور، میزان مقاومت افزایش می یابد و بالعکس.

به عبارت دیگر:

آشکارساز دمای مقاومت، سنسوری است که دما را با اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی یک فلز (Electrical Resistance) یا اکسید فلزی (Metal Oxide) اندازه‌گیری و از مشخصه‌ای استفاده می‌کند که مقدار Resistance الکتریکی در اثر دما، دچار تغییرات می گردد.

بیشتر سنسورهای آر تی دی، دارای ساختاری هستند که در آن یک عدد سیم بسیار نازک به دور هسته شیشه ای یا سرامیکی، پیچیده می شود. به دلیل حساس بودن دماسنج ها یا حسگرهای حرارتی، آن ها را در یک غلاف محافظ یا (Protection Tube) قرار می دهند. این تجهیزات اندازه گیری دما، از فلز خالص ساخته شده که Resistance آن ها در دماهای مختلف مشخص می گردد. در صورتی که میزان مقاومت این ماده فلزی در اثر تغییرات دما عوض شود، از این مقدار مقاومت، برای تعیین دما استفاده می گردد. این دماسنج ها در انواع سیمی و هد دار ارائه می گردند.

اصل آشکارساز دمای مقاومتی عبارتست از:

میزان مقاومت RTDها با استفاده از تغییرات دما با سرعت ثابت عوض می شود. یک جریان ثابت از عنصر مقاومت عبور کرده و سپس ولتاژ دو سمت رزیستور با یک ابزار اندازه گیری مشخص می گردد، مقدار مقاومت توسط قانون اهم (E = IR) محاسبه و مقدار دما به راحتی دست می آید.

برخی از ویژگی های سنسور آر تی دی چیست؟

RTD ها دارای ضریب دمایی استاندارد شده (Standardized) مقاومت و تحمل دما هستند. رایج ترین منحنی استانداردی که بسیار مشهور است، منحنی DIN است که توسط موسسه آلمانی ای به همین نام (یعنی DIN) بوجود آمده است. منحنی مربوطه، رابطه بین دما و رزیستور یک سنسور دما پلاتین 100 Ω، تلورانس های استاندارد شده و محدوده دمایی قابل اندازه گیری را نشان می دهد. استاندارد DIN آلمان، مقاومت پایه در 0 و ضریب دمایی در 0.00385 Ω / Ω / درجه سانتیگراد را مشخص می کند.

ویژگی دیگر و مهم آر تی دی ها، دقت فوق العاده بالای آن هاست. به طوریکه نسبت به دماسنج های Thermocouple، بسیار دقیق ترند. شما عزیزان با استفاده از انواع RTDها می توانید، هم دماهای نسبتاً بالا و هم دماهای پایین را بدون هیچ مشکلی اندازه گیری کرده که این در نوع خود امتیاز بزرگی محسوب می گردد. منظور از دمای نسبتاً بالا این است که اگر قصد دارید از آن ها برای دماهای 1100 درجه سانتیگراد به بالا استفاده کنید، به هیچ عنوان برای این کار مناسب نیستند و شما بایستی از دماسنج های صنعتی استفاده نمایید. از آشکارسازهای دمای مقاومتی، به طور معمول برای اندازه گیری دمای محیط و از ترموکوپل های صنعتی برای اندازه گیری پروسه های فرآیند در کوره های برقی و حرارتی استفاده می گردد.

آشکارساز دمای مقاومت پلاتین به دلیل تغییرات زیاد در مقدار رزیستور با دما، پایداری و دقت بالا، بیشترین کاربرد را برای اندازه گیری صنعتی دارد.

جنس متریال آشکارساز دمای مقاومت چیست؟

جنس متریال یا فلز مورد استفاده د آر تی دی ها، به طور کلی از نوع پلاتین (Pt100) است که خواص پایداری و قابلیت اطمینان فوق العاده ای دارد و به راحتی در دسترس است. این فلز توسط JIS-C1604 (ژاپن) استاندارد سازی شده است. این تجهیزات برقی در کنار ترموکوپل ها (Thermocouple)، جزو پرکاربردترین سنسورهای دما محسوب می گردند.

انواع آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD)

در ادامه انواع سنسورهای RTD از چند لحاظ مورد بررسی قرار می دهیم.

انواع آشکارساز دمای مقاومتی از لحاظ جنس متریال

4 نوع آشکارساز دمای مقاومتی وجود دارد که در ادامه به بررسی آن های می پردازیم:

نوع میزان محدوده اندازه گیری
سنسور پلاتین 200-~660°C+
سنسور مس 0~+180°C
سنسور نیکل 50-~300°C+
سنسور پلاتین / کبالت 272-~27°C+

RTD های پلاتین چه کاربردهایی دارند؟

به دلیل تغییرات زیاد در میزان مقاومت با دما و همچنین پایداری و دقت بالا، بیشترین کاربرد را برای اندازه گیری دما در محیط های صنعتی دارند. انواع آشکارسازهای دمایی مقاومت پلاتین، به سه نوع زیر طبقه بندی می شوند:

نوع میزان مقاومت در 0 درجه سانتیگراد نسبت مقاومت
PT100 100Ω 1.3851
PT10 10Ω 1.3851
JPT100 100Ω 1.3916

Pt100 بیشترین استفاده را در اندازه گیری دما دارند. از آنجایی که Pt10 در استاندارد IEC تشریح شده است، ولی به استاندارد صنعتی ژاپن (JIS) اضافه شده است، اما بسیار کم از این اصطلاح استفاده می گردد. قبل از سال 1989 میلادی، سنسور PT100 طبق استاندارد JIS به JPt100 معروف بود.

سنسور RTD مس

این تایپ از RTDها ارزان قیمت هستند. همچنین از آنجایی که در دماهای بالا به راحتی اکسید می شوند، حد بالای استفاده در حدود 180+ درجه سانتی گراد دارند.

سنسور RTD نیکل

مقدار مقاومت در هر 1 درجه سانتیگراد بسیار تغییر می کند و ارزان قیمت است. با این حال، دمای حد بالایی برای استفاده پایین است، زیرا یک نقطه تبدیل نزدیک به 300+ درجه سانتیگراد وجود دارد.

سنسور RTD پلاتین / کبالت

این سنسور از آلیاژ پلاتین / کبالت dilute برای عنصر مقاومت و برای اندازه گیری دماهای بسیار پایین استفاده می شود.

دقت آشکارسازهای دمای مقاومتی در استاندارد JIS به عنوان “تحمل دمای اندازه گیری شده” تعریف شده است.

کلاس سنسور میزان تحمل دمایی(°C)
A (0.15+0.002│t│)±
B (0.3+0.005│t│)±

انواع روش اتصال دهی در سنسور RTD چیست؟

چند روش به منظور اتصال هادی داخلی RTD ها وجود دارند که مرسوم ترین آن ها عبارتند از:

  1. اتصال 2 سیمه: در این نوع اتصال، یک Lead Wire به هر انتهای عنصر مقاومت، وصل می گردد. این روش اتصال دهی، اگرچه از لحاظ قیمتی ارزان است، اما میزان Resistance هادی به عنوان مقدار مقاومت اضافه می شود.
  2. اتصال 3 سیمه: مرسوم ترین روش اتصال دهی در آر تی دی ها، روش اتصال 3 سیمه است. در این روش، دو هادی به یک سر عنصر مقاومت و یک هادی به سر دیگر متصل می گردند. اگر طول، متریال، قطر سیم و مقاومت الکتریکی سه هادی یکسان باشند، می توان از تأثیر مقاومت هادی جلوگیری نمود.
  3. اتصال 4 سیمه: متد دیگر در اتصال دماسنج های آر تی دی، متد اتصال 4 سیمه است. یعنی در  در آن دو هادی به هر دو انتهای عنصر مقاومت وصل می شوند. این متد از لحاظ قیمتی نسبت به بقیه روش های اتصال، گرانتر بوده ولی مزیت آن این است که می توان از تأثیرات مقاومت هادی با توجه به اصل اندازه گیری، اجتناب نمود.

چرا RTDهای 3 سیم، تحت تأثیر مقاومت سیم قرار نمی گیرند؟

یک ردیاب دمای مقاومتی 3 سیم، سنسوری است که دو رسانا به یک سر و یک Lead Wire به سر دیگر عنصر مقاومت متصل می گردند. با فرض اینکه مقدار Resistance عنصر مقاومت R و مقاومت سه هادی R1, R2, R3 (R1 = R2 = R3) باشد، جریان مشخص شده در مسیر A → B → C می گذرد.(B و D پتانسیل یکسانی دارند، بنابراین به R2 جریان ندارند). در این زمان، recorder که ردیاب دمای مقاومت 3 سیمه به آن متصل است، ولتاژ بین A و B و ولتاژ بین B و C را اندازه گیری کرده و از میزان اختلاف به عنوان مقدار اندازه گیری شده استفاده می کند. همچنین از آنجایی که مقدار جریان ثابت است، از ولتاژی که از هر مقاومت عبور می کند، استفاده می شود.
R: V
R1, R3: V1
سپس
(ولتاژ بین B و C) – (ولتاژ بین A و B)
= (V + V1) – (V1)
= V
بنابراین، می توان از تأثیر مقاومت هادی جلوگیری کرد.

انواع ردیاب دمای مقاومتی از لحاظ ساختار

سنسورهای محافظت شده با استفاده غلاف محافظ (Protection Tube)، مرسوم ترین نوع سنسور است که در آن یک هادی داخلی به یک عنصر مقاومتی متصل می گردد و در یک لوله محافظ قرار گرفته و یک ترمینال برای استفاده متصل می شود. همچنین می توانید یک لوله محافظ با مقاومت بالا در برابر خوردگی انتخاب کنید. این ساختاری است که در آن MgO با خلوص بالا ( یا اکسید منیزیم) بین لوله مویین فلزی (غلاف)، هادی داخلی و عنصر رزیستور پر شده و به طور یکپارچه تحت پردازش قرار می گیرند. آشکارساز دمای Resistance غلاف نازک و فاقد لایه هوا در داخل غلاف است، بنابراین بزرگترین مزیت آن زمان پاسخدهی بالاست.

سنسوهای RTD Double چه هستند؟

در بسیاری از درخواست های مشتریان عزیز، سنسورهای RTD Double مشاهده می گردد. سنسورهای Double، نوعی از RTD ها هستند که به جای 1 عدد سنسور، شامل 2 عدد سنسور حرارتی اند. اگر شامل یک عدد عنصر حرارتی باشند، به آن ها سنسورهای Single گفته می شود. با استفاده از سنسورهای Double (دابل) می توانید خرابی های ناشی قطع اتصال هادی های داخلی یا (Internal Conductors) را به حداقل ممکن برسانید. همچنین این سنسورها زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که قصد داشته باشید، میزان اندازه گیری شده یکسانی را در چندین دستگاه ( مانند کنترل کننده دما) نمایش و ضبط نمایید.

نکات مهم در استفاده از RTD چیست؟

ردیاب دمای مقاومت با اندازه گیری دقیق میزان مقاومت عنصر مقاومت داخلی، دما را محاسبه می کند. بنابراین، لازم است که تأثیر مقاومت هادی به حداقل برسد. در هر دو نوع 3 سیمه و 4 سیمه، جنس، قطر خارجی، طول و Resistance الکتریکی هادی ها بایستی یکسان باشند.

1) مراقب خطاهای ناشی از Internal Conductors باشید

ردیاب دمای مقاومت، میزان دقیق دما را با استفاده از اندازه گیری میزان رزیستور سنسور مقاومت داخلی حساب می کند. بنابراین، لازم است که میزان تأثیر مقاومت Internal Conductors به حداقل برسد. در هر دو حالت 3 سیمه و 4 سیمه، جنس، قطر بیرونی، طول سنسور و مقاومت الکتریکی هادی بایستی حتماً یکسان و گرادیان دما نداشته باشد.

سوال مهم: آیا امکان افزایش طول RTD ها وجود دارد؟ این کار در برخی مواقع ممکن و در برخی مواقع غیر ممکن است. از هادی های اتصال برای آشکارسازهای دمای مقاومتی استفاده می کنند. اگر به سیم بلند احتیاج دارید، میزان مقاومت در هر 1 متر سیم را بررسی تا از خطا جلوگیری شود.

2) مراقب خطاهای ناشی از عمق ناحیه نوک سنسور باشید

اگر قصد دارید دمای دقیق را اندازه گیری کنید باید بخش نقطه اتصال اندازه گیری سنسور دما را به گونه ای نصب کرد که در همان دما قادر به اندازه گیری باشد.

3) مراقب خطاهای ناشی از Self-Heating باشید

هنگام اندازه‌گیری دما با استفاده از RTDها، همانطور که می دانید، مقدار جریان مشخصی از آن ها عبور می‌کند تا میزان دمای دقیقف به دست آید، اما گرمای تولید شده در این پروسه فرآیند، خود RTD را گرم می‌کند. اصطلاحاً به این وضعیت، (self-heating) گفته می شود. Self-Heating، با مربع مقدار جریان مشخص شده متناسب است (بسته به ساختار آر تی دی و محیط اندازه گیری)، اما اگر بالا باشد، در میزان دقت اندازه گیری، خطا مشاهده می کنید.

در استاندارد صنعتی ژاپن، 0.5mA، 1mA و 2mA به عنوان جریان های مشخص شده است، اما به طور کلی دتکتورهای دمای مقاومتی (RTD)، برای دقت بالا، با توجه به یکی از جریان های مشخص شده تضمین می گردند، بنابراین مقدار جریان مشخص شده در مشخصات توضیح داده شده است.

4) به مقدار جریان مشخص شده RTDها توجه کنید

جریان مشخص شده RTDها با توجه به مشخصات سنسور تعین می گردند. اجازه ندهید مقادیر جریان غیر از آنچه در مشخصات سنسور درج شده است، جریان یابد. هنگام اعمال مقادیر مختلف فعلی، ممکن است مشکلات مختلفی در نمایش میزان دقت اندازه گیری مشخص گردد.

5) مراقب سیم کشی به صورت Parallel Wiring باشید

هنگام سیم کشی یک RTD به موازات چندین recorders، از دماسنج های دابل (Double) استفاده کنید. اگر از دماسنج های Single استفاده می کنید، حتما یک RTD برای هر recorder تهیه کنید. مشکلات عمده Parallel Wiring چیست؟ (نوع تک عنصری) مشکلات سیم کشی موازی چیست؟ (نوع تک عنصری) ضبط کننده جریان مشخصی را به آشکارساز دمای رزیستور اعمال می کند و ولتاژ تولید شده در مقاومت را اندازه می گیرد. اگر به صورت Parallel سیم کشی شود، جریان مشخص شده از دو recorder تامین و مقادیر دقیق ولتاژ به هیچ عنوان دست نمی آید.

6) به موقعیت سیم کشی Conductorsبه recorder توجه جدی کنید

سیم را به درستی به recorde متصل کنید. زیرا در صورت اشتباه در اتصال، دمای دقیق را نمی توانید مشاهده نمایید.

به منظور مشاهده انواع محصولات، بر روی خرید RTD کلیک کنید

نتیجه گیری

در این مقاله سوال مهم سنسور RTD چیست از 0 تا 100، پاسخ دادیم و اطلاعاتی را در این زمینه خدمت شما عزیزان ارائه کردیم. در انتها از شما عزیزان درخواست دارم که در بخش دیدگاه ها، نظرات، پیشنهادات و سوالات خود را درج نمایید تا در زمان سریع، به آن ها پاسخ دهیم.