Diferenca midis termokuple, termistor dhe RTD

Koncepti i temperaturës

Nga një pikë përbashkët fizike, kalorja është një matje e energjisë që përmban trupi për shkak të lëvizjes të pa rregullt të molekulave ose atomeve të tij. Njëqoftë si topët e tenisu kanë më shumë energji me rritjen e shpejtësisë, energjia e brendshme e trupit ose gazit rrit kur temperatura rritet. Temperatura është një variabel që, gjatë dhe me parametra të tjera si masën dhe kalori specifik, e përshkruan përmbajtjen e energjisë të trupit.

Matja bazë e temperaturës është grad Kelvin. Në 0 ° K (Elvin), çdo molekul në trup është në qetë dhe nuk ka më tepër kalorje. Pra, nuk ka mund të jetë temperatura negative sepse nuk ka një gjendje me energji më të ulët.

Në përdorim të përditshëm, praktika e zakonshme është të përdoret skala centigrade (paraardhshmërisht centigrade). Pika zero e saj është në pikën e ngeljes së ujit, e cila mund të riprodhohet lehtësisht në praktikë. Tani 0 ° C nuk është gjithmonë temperatura më e ulët, sepse çdoedhe e ka përvojë nga eksperiencja. Duke zgjeruar skalën centigrade deri në temperaturën më të ulët kur lëvizja molekulare ndalohet plotësisht, arrinj -273.15 gradë.

Njeriu ka aftësinë të matë temperaturën përmes ndjenjave të tij në një rang të kufizuar. Megjithatë, ai nuk ishte në gjendje të riprodhojë matjet kuantitative me precizion. Forma e parë e matjes kuantitative të temperaturës u zhvillua në Florenc në fillimin e shekullit të 17-të dhe përbënte në zgjerimin e alkoolit. Skalimi bazohet në temperaturat më të largta të natyrës në verën dhe dimër. Njëqind vjet më vonë, astronomi zviceran Celsius e zëvendësua me pikat e ngeljes dhe vrapjes së ujit. Kjo lejon termometrimit të zoomojë dhe të largohet në çdo kohë dhe të riprodhojë leximet më pas.

Largimi i temperaturës elektrike

Largimi i temperaturës është e rëndësishme në shumë aplikime, si p.sh. kontrollin e ndërtesave, procesimin e ushqimit dhe prodhimin e çelzit dhe produkteve petrokemike. Këto aplikime shumë të ndryshme kërkojnë sensorë për temperaturë me struktura fizike të ndryshme dhe zakonisht teknologji të ndryshme.

Në aplikimet industriale dhe komerciale, pikat e largimit janë zakonisht larg nga pikat e tregtjes apo kontrollit. Përpunimi shtesë i largimeve është i nevojshëm në kontrollore, rekretores apo kompjutera. Këto aplikime nuk janë e përshtatshme për tregimin direkt të termometrave, siç i njihemi ato nga përdorimi i përditshëm, por duhet të konvertojnë temperaturën në formë të tjera të pajisjeve, signalin elektrik. Për të parë këtë signal elektrik larg, zakonisht përdoret RTD. Termistorë dhe çift-termikë.

RTD e ben përdorur atributin e ndryshimit të rezistencës së metaleve me rritjen e temperaturës. Ata janë sensorë me koeficient pozitiv temperaturë (PTC), ku rezistencia e tyre rritet me rritjen e temperaturës. Metallt e paraprake që përdoren janë platin dhe nikel. Sensorët më tepër të përdorura janë RTD me 100 ohm ose 1000 ohm, ose termometrat e rezistencës së platinës.

RTD është sensori më i saktem për aplikime industriale dhe përfshin edhe stabilitetin më të mirë në termi i gjatë. Vlera reprezentative e saktësisë së rezistencës së platinës është + 0.5% e temperaturës mesuruar. Pas një viti, mund të ketë ndryshim + 0.05 ° C për shkak të zgjysjes. Termometrat me rezistencë të platinës kanë një interval temperaturash nga – 200 deri në 800 ° C.

Ndryshimi i rezistencës me temperaturë

Largimi i një metali përbëhet nga lëvizja e elektroneve që kundërtojnë. Nëse aplikohet një spjegim në fund të lëndës, elektronet lëvizin drejt polit pozitiv. Largimet në rrjetin kristalin ndërrimojnë këtë lëvizje. Ata përfshijnë atome të jashtme ose të mungonë në rrjetin kristalin, atome në kufijtë e granulave dhe në mes poziteteve të rrjetit. Sepse këto vendndodhje të gabuara janë pavarur nga temperatura, ata prodhojnë një rezistencë konstante. Me rritjen e temperaturës, atomet në rrjetin metalik tregojnë oscilime të rritura larg poziteteve të tyre stacionare, duke ndaluar lëvizjen e elektroneve që kundërtojnë. Sepse oscilimet rriten linearisht me temperaturë, rritja e rezistencës që përshkakton ôsçilimet varet drejtpërdrept nga temperaturë.

Platinja është pranuar gjerisht në matjen industriale. Larg dhe përfitimet e saj përfshijnë stabilitet kimik, lëndim të lehtë (veçanërisht për prodhimin e lici), mundësinë të marrë në formë të thellë, dhe vetitë elektrike të riprodhuara. Këto karakteristika bën sensorin e rezistencës së platinës të jetë sensori i temperaturës më i përdorur për ndërrim.

Termistorët janë bërth me disa oksida metali dhe rezistencja e tyre largohet me rritjen e temperaturës. Për shkak se karakteristikat e rezistencës zvogelojnë me rritjen e temperaturës, ajo quhet sensor me koeficient negativ temperaturë (NTC).

Për shkak të natyrës së procesit bazik, numri i elektronëve konduktues rritet eksponencialisht me temperaturë; për këtë arsye, karakteristik e tij tregon një rritje të fortë. Kjo nolinearitet e thellë është një larg dhe kufizon faqen e temperatureve efektive nëpër rreth 100 °C. Ata mund të linearizohen nga kompjuterat automatike. Megjithatë, precizia dhe nolineariteti nuk mund të plotësojnë kërkesat e një span të madh të matjeve. Largimi i tyre në temperature të ndryshme është gjithashtu më i madh se ato të RTD. Përdorimi i tyre kufizon në aplikime kontrolluese dhe indikuese ku temperatura nuk kalon 200 °C. Në këtë aplikim të thjeshtë, ata janë faktikisht më larg nga termokupletat dhe RTD-të më të qera, duke u konsideruar largua e tyre të ulët dhe circuitet elektronike të relativisht të thjeshta të kërkuara.

Baza e termoparit është lidhja mes dy metale të ndryshme, termistor. Voltaja larguar nga termopari dhe RTD rritet me temperaturë. Larg nga termometrat rezistive, ata kanë një kufij të largtë më larg për temperaturë, me një avantazh të rëndësishëm të disa mijë grada Celsius. Stabiliteti i tyre nën gjatësi kaqdisi është i keq (disa gradë pas një vit), dhe precizionimi i matjes është i keq kaqdisi (mesatar + 0.75% të përgjithshme së intervalit të matjes). Përdoren shpesh në pjerrëta, kujfër, matje e gaseve të duhur dhe të tjera sfera ku temperatura është larg 250 ° C.

Efekti termodrojtes

Kur dy metalet janë lidhur nëpër tjetrin, prodhon voltazh termoelektrik për shkak të energjisë së lidhjes të ndryshme të elektronëve dhe ionët metalike. Voltazhi penden nga metali vetë dhe temperatura. Për të larguar kurrin nga ky voltazh termik, dy metalet duhet të jenë sigurisht të lidhur në pikën e tjeter për të formuar një rreth të mbyllur. Në këtë mënyrë, prodhon një voltazh termik në lidhjen e dytë. Efekti termoelektrik u zbulua nga Seebeck në 1822. Larg, qëngjet e Becquerel në 1828 sugjeruan përdorimin e termokopjeles platinum-palladium për matjen e temperaturës.

Nëse ka të njëjtën temperaturë në dy lidhje, nuk ka largim kurrash, sepse presionet e pjesshme të gjeneruara në dy pikat anulojnë një-tjetrin. Kur temperatura në lidhje është e ndryshme, voltazhi i gjeneruar është i ndryshëm dhe kurrioni largohet. Pra, termokopjalet mund të matin vetëm ndryshimin e temperaturës.

Pika e matjes është një lidhje e përdorur në temperaturën e matshme. Lidhja referenca është një lidhje në një temperaturë të njohur. Sepse temperatura e njohur zakonisht është larg dhe më poshtë se temperatura e matshme, lidhja referenca zakonisht quhet lidhje e larg. Për të llogaritur temperaturën e vërtetë të pikës së matjes, temperatura e pjesës së larg duhet të jetë e njohur.

Mjetet e vjetra përdorin kuti për kontrollin e lidhjeve termostatike për të mbajtur temperaturën e lidhjes së larg në vlera të njohura si 50c. Mjetet moderne përdorin RTD me film të larg për të caktuar temperaturën e saj dhe llogarit temperaturën e pikës së matjes.

Tensioni i prodhuar nga efekti termoelektrik është shumë i vogël dhe është vetëm disa mikrovolt për grad centigrad. Pra, termoparajt nuk përdoren rregullisht në rangin -30 deri +50 ° C, sepse ndryshimi midis temperatures së lidhjes referenca dhe temperatura së lidhjes referenca është shumë i vogël për të prodhuar një signal që nuk ka ndikim.

Largimi RTD

Një termometër rezistiv, rezistencja ndryshon me temperaturën. Për të vlerësuar signalin e daljes, një rrjedhje e rritur e qëndrueshme kalon përmes saj dhe ndryshimi i fushës së voltazhit midis saj matet. Për këtë ndryshim të fushës së voltazhit, ligji i Ohmiti mbahet, v = IR.

Rrjedha e matjes duhet të jetë si më e vogël që të largohet rrezikun e rritjes së sensorit. Largohet që rrjedha e matjes 1mA nuk do bëjë ndonjë gabim të vëzhgueshëm. Rrjedha e kaq prodhon një ndryshim të fushës së voltazhit të 0.1V në PT 100 në 0 ℃. Kjo fushë e signalit tani duhet të transmetohet përmes kablit të lidhur deri në pikën e shenjimit ose vlerësimit me modificime minimale. Ka katër lloje të ndryshme të rradhjeve të lidhura:

rradhi 2-linj dhe

Përdoret një kabel me 2 brinje për lidhjen mes termometrit dhe elektronikave të vlerësimit. Si çdo konduktor elektrik tjetër, kabeli ka një rezistencë në serij me një termometër rezistiv. Si pasojë, dy rezistore u bashkangjitën dhe elektronikat i interpretohen si rritje të temperaturës. Për distancat më të gjata, rezistencja e linjës mund të arrin disa ohme dhe të prodhojë një depazaj të thelbëshëm në vlerën e mesuar.

rradhi 3-linj dhe

Për të minimizuar ndikimin e rezistencës së linjës dhe ndallimin e saj me temperaturë, përdoret zakonisht një rrotull elektrik me tre linqe. Ajo përfshin largimin e linqeve shtesë në njërën nga kontakteve të RTD-së. Kjo bën që të kemi dy rrotull mesazhuese, njera prej tyre përdoret si referim. Rrotulli me tre linqe mund të kompensojë rezistencën e linjës sipas numrit të saj dhe ndallimi të saj me temperaturë. Megjithatë, të tre kundrues të duken të kane të njëjtat karakteristikë dhe të jenë të punuara në të njëjtën temperaturë. Kjo zbatohet zakonisht në mënyrë të mjaftueshme për të bërë rrotullin me tre linqe metodën më e përdorur sot. S’kërkon dot balancim të linjave.

rradhi 4-linj

Forma e bashkuar më e mirë e termometrit të rezistencës është rrotulli me 4 lini. Matja nuk penden as nga rezistencja e linjës as nga ndryshimet e ndjeshme qe shkaktohen nga temperatura. Nuk nevojitet balancim i linjës. Termometri ofron rrah të matjes përmes një lidhje të fuqisë. Zbritja e voltazhit nëpër linjën e matjes merret nga linja e matjes. Nëse rezistencja e hyrjes së një pajisje elektronike është shumë më e madhe se rezistencja e linjës, e fundit mund të zbreset. Zbritja e voltazhit e caktuar në këtë mënyrë është e pavarur nga karakteristikat e kablit të lidhur. Kjo teknikë zakonisht përdoret vetëm për pajisje shkencore që kërkojnë precizion të matjes të një qindra.

transmetues 2-linj

Nëpërmjet përdorimit të një transmetues 2-larg dhe jo të një kabl i shumë larg, problemi i një rrotulli 2-larg siç është përshkruar larg mund të shmanget. Transmetuesi konverton signalin e sensorit në një signal kurrës normuar 4-20mA, i cili është proporzional me temperaturën. Largja e energjisë sërish në transmetues funksionon gjithashtu përmes tyre dy lidhjeve, duke përdorur një kurrë bazë 4 mA. Transmetuesi 2-larg ofron një avantazh shtesë, se kaq larg, zgjerimi i signalit larg thellon anaj dhe ndikimin e jashtëm. Ka dy arangetime për vendosjen e transmetuesit. Pasi largja midis sinalit të pa zgjeruar duhet të jetë sa më e shkurtër, zgjeruesi mund të instalohet drejtpërdrept në termometrin në kokën terminale të tij. Kjo është zgjidhja më e mirë, që dikushher nuk është e mundur për shkak të arsyeve strukturale ose përmbledhjeve se transmetuesi mund të jetë e vështirë të arriti në rast të dështimi. Në këtë rast, transmetuesi i montuar në rrip të instalon në kabine kontrolli. Avantazhi i thellit të përmirësuar është atyre që blen në kusht të një distancë më e madhe që signali i pa zgjeruar duhet të larg.

Larg dhe lëng te termistorit

Resistencja e një termistori zakonisht është disa rende magjike më e madhe se ajo e çfarëdoshem lëndje kabeli. Pra, efekti i resistencës së lëndjeve në leximet e temperaturës është i papamatshëm, ndërkohë që termistoret janë gjer përgjithmonë lidhur në një konfigurim me dy lëndje.

Larg dhe lëng te termodiferencës

Për të ndryshuar RTDS dhe termistore, termodiferencat kanë këmbë pozitive dhe negative, kështu që polariteti duhet të parashikohet. Ata mund të lidhen drejtpërdrejt në transmetuesin me dy lëndje lokal dhe lënda e koprit të kthehet në instrumenin pranës. Nëse instrumeni pranës mund të pranoj hyrjen e termodiferencës drejtpërdrejt, do të duhet të përdoret e njëjta lëndë termodiference apo lëndë zgjatje termodiference gjithmonë deri në instrumenin pranës.