Ang pagkakaiba sa thermocouple, thermistor at RTD

Ang konsepto ng temperatura

Mula sa pananaw ng pisika, ang init ay sukat ng enerhiya na nasa loob ng isang katawan dahil sa di-pantay na paggalaw ng mga molekula o atomo nito. Gayong paunang may higit na enerhiya ang mga bola ng tenis habang dumadagdag ang bilis, dumadagdag din ang panloob na enerhiya ng katawan o gas habang tumataas ang temperatura. Ang temperatura ay isang variable na, kasama ang iba pang parameter tulad ng masa at specific heat, naglalarawan sa nilalaman ng enerhiya ng katawan.

Ang pangunahing sukat ng temperatura ay ang grado Kelvin. Sa 0 ° K (Elvin), bawat molekula sa katawan ay nasa pahinga at walang ligtas na init pa. Kaya't wala nang posibilidad ng negatibong temperatura dahil wala nang estado ng mas mababang enerhiya.

Sa pangaraw-araw na gamit, ang karaniwang praktika ay gamitin ang centigrade ( dating tinatawag na centigrade). Ang punto ng zero ay nasa punto ng paghuhusay ng tubig, na madaling muling mailimbago sa praktika. Ngayon, ang 0 ° C ay hindi nangangahulugan na pinakamababang temperatura, dahil alam niyo ito mula sa karanasan. Sa pamamagitan ng pagpapalawak ng skalang centigrade hanggang sa pinakamababang temperatura kung saan tumitigil ang lahat ng paggalaw ng molekula, nakukuha natin ang – 273.15 degrees.

May kakayahan ang tao na sukatin ang temperatura sa pamamagitan ng kanyang mga pandama sa isang limitadong sakop. Gayunpaman, hindi siya nakakapagbigay ng tunay na maaaring muling mailimbaghang sukat. Ang unang anyo ng sukat ng temperatura ay inilapat sa Florencia noong unang bahagi ng ika-17 siglo at nakabatay sa ekspansyon ng alcohol. Ang paglalagay ng scale ay batay sa pinakamataas na temperatura noong tag-init at taglamig. Daan-daang taon pagkatapos, ang Swedish astronomer na si Celsius ang nagpalit nito gamit ang punto ng paghuhusay at pagkukulo ng tubig. Ito ay nagbibigay sa termometro ng Opportuniti na mag-zoom in at out kapanahonan at muling mailimbaghang mga babasahin mamaya.

Pagsuporta ng temperatura sa elektrikal

Ang pagsukat ng temperatura ay mahalaga sa maraming aplikasyon, tulad ng kontrol sa gusali, pagproseso ng pagkain, at paggawa ng bakal at mga produkto ng petrokimika. Ang mga aplikasyong ito na napakalaki ang iba-ibang kahilingan ay nangangailangan ng mga sensor ng temperatura na may iba't ibang anyo at karaniwan ay may iba't ibang teknolohiya.

Sa industriyal at komersyal na aplikasyon, madalas ay malayo ang mga punto ng pagsukat mula sa mga punto ng pagpapakita o kontrol. Kadalasan ay kinakailangan ang patuloy na pagproseso ng mga pagsukat sa mga controller, recorder o computer. Hindi angkop ang mga aplikasyong ito para sa direkta na pagpapakita ng mga termometro dahil sa kilala namin ito mula sa araw-araw na gamit, kundi kailangan ang pagbabago ng temperatura sa isa pang anyo ng aparato, ang elektikal na signal. Upang makamit ang telebuhin na sinal na ito, madalas ginagamit ang RTD. Thermistors at thermocouples.

Ang RTD ay nag-aangkin ng katangian ng pagbabago ng resistensya ng metal kasunod ng temperatura. Ito ay mga sensor na may positibong koefisyente ng temperatura (PTC) kung saan ang resistensya ay tumataas kasunod ng temperatura. Ang pangunahing metalyang ginagamit ay platino at nikel. Ang pinakamaraming ginagamit na mga sensor ay 100 ohm o 1000 ohm RTDS o platinum resistance thermometers.

Ang RTD ay ang pinakamaiiting sensor para sa industriyal na mga aplikasyon at nagbibigay din ng pinakamainit na estabilidad sa katagalang panahon. Ang representatibong halaga ng katiwalian ng platino resistensya ay + 0.5% ng tinukoy na temperatura. Pagkatapos ng isang taon, maaaring magkaroon ng + 0.05 °C na pagbabago dahil sa pagsobra sa edad. Ang platino resistance thermometers ay may temperatura na saklaw mula – 200 hanggang 800 °C.

Pagbabago ng resistensya kasunod ng temperatura

Ang conductibilyad ng isang metal ay nakabase sa mobility ng mga elektron na nagdedukto. Kung ang voltas ay ipinapalakaya sa dulo ng kawad, ang mga elektron ay umuusad papuntang positibong polo. Ang mga defekt sa lattice ay nagiging kadahilanang magpabagbag sa galaw na ito. Ito ay bumubuo ng mga panlabas o nawawalang lattice atoms, atoms sa grain boundaries at pagitan ng lattice positions. Dahil ang mga lokasyon ng mga defekt ay independiyente mula sa temperatura, ito'y nagbubuo ng isang constant resistance. Sa pagsunod ng pagtaas ng temperatura, ang mga atoms sa metal lattice ay nagpapakita ng dagdag na pag-oscillate malapit sa kanilang stationary positions, kaya't hinahambing ang galaw ng mga elektron na nagdedukto. Dahil ang oscillation ay tumataas nang linya sa temperatura, ang pagtaas ng resistance na sanhi ng oscillation ay direktang depende sa temperatura.

Ang platinum ay mabilis na tinanggap sa industriyal na pagsukat. Ang mga benepisyo nito ay kasama ang kimikal na katatagan, madaling paggawa (lalo na para sa paggawa ng kawad), ang posibilidad na makakuha nito sa mataas na anyo ng kalimutan, at maaaring muling iprodus ang elektrikal na characteristics. Ang mga ito ay gumagawa ng platinum resistance sensor bilang pinakamaraming maaaring interchanged temperatura sensor.

Ginawa ang thermistors mula sa ilang metal oxide at bumababa ang kanilang resistensya habang tumataas ang temperatura. Dahil bumababa ang resistensya nang ang temperatura ay umuusbong, tinatawag itong negative temperature coefficient (NTC) sensor.

Dahil sa kalagayan ng pangunahing proseso, ang bilang ng mga elektron na nagdudulot ng kunduksyon ay tumataas nang eksponehntsiyal kasama ang temperatura; kaya't, ipinapakita ng karakteristikang ito ang malakas na pagtaas. Ang makikita na hindi linya na ito ay isang kasiraan ng mga NTC resistor at limitado ang epektibong saklaw ng temperatura nito sa halos 100 °C. Maaaring ilinyarize ito sa pamamagitan ng automatikong kompyuter. Gayunpaman, hindi maaaring tugunan ng katatagan at linyaridad ang mga kinakailangan ng malaking sukat ng pagmiminsa. Mas malaki rin ang kanilang pagdrift sa pagbabago ng temperatura kaysa sa RTD. Limitado ang kanilang gamit sa pagsusuri at pagpapakita kung saan hindi umabot ang temperatura sa 200 °C. Sa simpleng aplikasyong ito, sila ay talagang mas magaling kaysa sa mas mahal na thermocouples at RTDs, konsiderando ang kanilang mababang gastos at ang relatibong simpleng elektronikong sipreys na kinakailangan.

Ang batayan ng thermocouple ay ang koneksyon sa pagitan ng dalawang iba't ibang metal, thermistor. Ang voltas na ipinagmumulan ng thermocouple at RTD ay tumataas kasama ng temperatura. Kumpara sa resistance thermometers, mas mataas ang itaas na temperatura limit nito, may isang malaking benepisyo ng ilang libong digriyo Celsius. Ang kanilang long-term stability ay maliit na masama (ilang digriyo matapos ang isang taon), at ang katiwalian ng pagsukat ay maliit na masama (pamantayang + 0.75% ng saklaw ng pagsukat). Madalas silang ginagamit sa horno, forno, flue gas measurement at iba pang lugar kung saan ang temperatura ay mas taas kaysa sa 250 °C.

Thermoelectric effect

Kapag dalawang metal ay konektado sa isa't-isa, ipinaproduhe ang thermoelectric voltage dahil sa iba't-ibang binding energy ng mga electron at metal ions. Ang depende ng voltas ay sa metal mismo at sa temperatura. Upang makapagbigay ng kurrente ang thermal voltage, kinakailangan na magkonekta ang dalawang metal sa kapwa dulo upang bumuo ng isang closed circuit. Sa pamamagitan nito, ipinaproduhe ang thermal voltage sa ikalawang junction. Nilimbag ng thermoelectric effect ni Seebeck noong 1822. Bago pa man dumating ang 1828, inihanda ni Becquerel ang paggamit ng platinum palladium thermocouple para sa pagsukat ng temperatura.

Kung ang temperatura sa parehong junction ay pareho, walang kumikilos na kurrente dahil nagpapahiwatig ang mga partial pressures na nililikha sa dalawang puntos. Kapag ang temperatura sa junction ayiba't-iba, ang pinaproduhe na voltas ay iba't-iba at umuusad ang kurrente. Kaya, maaaring sukatin lamang ng thermocouple ang temperatura ng pagkakaiba.

Ang punto ng pagsukat ay isang junction na sinisikatan sa sukatin na temperatura. Ang reference junction ay isang junction sa isang kilalang temperatura. Dahil ang kilalang temperatura ay madalas na mas mababa kaysa sa sukatin na temperatura, tinatawag madalas ang reference junction bilang cold junction. Upang magkalkula ng tunay na temperatura ng punto ng pagsukat, kinakailangan malaman ang temperatura ng cold end.

Gamit ng mga dating aparato ang thermostatic control junction boxes upang kontrolin ang temperatura ng cold junction sa kilalang halaga tulad ng 50c. Sa kabila nito, gamit ng mga modernong instrumento ang thin-film RTD sa cold end upang malaman ang temperatura nito at kalkulahin ang temperatura ng punto ng pagsukat.

Ang voltas na ipinaproduce ng thermoelectric effect ay napakaliit at lamang ilang microvolts bawat degree centigrade. Kaya't hindi madalas gamitin ang thermocouples sa saklaw ng – 30 hanggang + 50 ° C, dahil masyadong maliit ang pagkakaiba sa temperatura ng reference junction at cold junction upang makaproduce ng signal na walang interferensya.

Kawing RTD

Sa termometrong resistibo, ang resistensya ay bumabago kasama ng temperatura. Upang matantya ang output na signal, dumadala ng konstante na kuryente sa pamamagitan nito at tinutukoy ang pagbaba ng voltas sa pamamagitan nito. Para sa pagbaba ng voltas na ito, sinusunod ang batas ni Ohm, v = IR.

Dapat maliit ang kuryenteng pang-mensahe upang maiwasan ang pagsisikat sa sensor. Maaaring isipin na ang kuryenteng pang-mensahe na 1mA ay hindi magdadala ng anumang malabo na kahinaan. Nagdudulot ang kuryente ng pagbaba ng voltas na 0.1V sa PT 100 sa 0 ℃. Dapat ipasa ngayon ang sinal na voltas na ito sa pamamagitan ng kable na koneksyon papuntang punto ng pagpapakita o punto ng pagsusuri na may minima lamang pagbabago. May apat na iba't ibang uri ng mga circuit ng koneksyon:

2-kawing circuit

Ginagamit ang isang 2-core cable para sa koneksyon sa pagitan ng termometro at ang pagsusuri ng elektronika. Gayundin ang anumang iba pang konduktor ng elektrisidad, may resistensya sa serye ang kable kasama ang resistance thermometer. Bilang resulta, idinadagdag ang dalawang resistor at inainterprete ng elektronika ito bilang pagtaas ng temperatura. Para sa mas malalim na distansya, maaaring maabot ng resistensya ng linya ilang ohms at makakaproduce ng malaking offset sa tinukoy na halaga.

3-kawing circuit

Upang mai-minimize ang impluensiya ng resistansya ng linya at ang pagbabago nito sa temperatura, madalas ginagamit ang isang tatlong-linyang circuit. Ito ay kabilang ang pagsasaalang-alang ng dagdag na kawad sa isa sa mga kontak ng RTD. Ang resulta nito ay dalawang circuit ng pag-uukur, isa kung saan ay ginagamit bilang reference. Ang 3-wire circuit ay maaaring kumompensar ang resistansya ng linya sa halaga at pagbabago ng temperatura. Gayunpaman, kinakailangan na magkakaroon ng parehong characteristics ang lahat ng tatlong conductor at dapat ma-expose sa parehong temperatura. Ito ay karaniwang ginagawa sa sapat na antas upang gawing pinakamahusay na pamamaraan ngayon ang mga 3-wire circuits. Wala pang kinakailangang balanse ng linya.

4-kawing circuit

Ang pinakamainam na anyo ng koneksyon ng resistance thermometer ay 4-wire circuit. Ang pagsukat ay hindi tumutugon sa line resistance o sa mga pagbabago na ipinapaloob ng temperatura. Wala pangangailangan ng line balancing. Nagbibigay ang thermometer ng measurement current sa pamamagitan ng isang power connection. Kinukuha ang voltage drop sa measuring line mula sa measuring line. Kung ang input resistance ng isang elektronikong aparato ay maraming beses mas malaki kaysa sa line resistance, maaaring balewalain ang huli. Ang napukot na voltage drop sa pamamagitan ng ganitong paraan ay independiyente sa mga characteristics ng connecting wire. Tinatahanang gamitin lamang ito para sa mga scientifikong instrumentong kailangan ng isang measurement accuracy ng isang daang bahagi.

2-wire transmitter

Sa pamamagitan ng paggamit ng isang 2-wire transmitter sa halip na multi wire cable, maaaring iwasan ang problema ng isang 2-wire circuit tulad ng ipinapaliwanag sa itaas. Ang transmitter ay nagbabago ng signal mula sa sensor sa isang normalized current signal na 4-20mA, na proporsyononal sa temperatura. Ang supply ng kuryente sa transmitter ay gumagana din sa pamamagitan ng parehong dalawang koneksyon, gamit ang isang basic current na 4 mA. Nagbibigay ang 2-wire transmitter ng isang adisyonang benepisyo, na ang pagsusulong ng signal ay malaki ang pagbawas sa epekto ng panlabas na interferensya. May dalawang mga paunlarin para sa posisyon ng transmitter. Dahil ang distansya sa pagitan ng hindi pinapatong mga signal ay dapat mahaba ng maari, maaaring ilagay ang amplifier direktang sa termometro sa kanyang terminal head. Ang pinakamahusay na solusyon ay minsan hindi magagawa dahil sa mga estruktural na sanhi o pag-uugnay na mahirap maabot ang transmitter kung may maulan. Sa ganitong sitwasyon, ang rail mounted transmitter ay inilalagay sa control cabinet. Ang benepisyo ng mas maayos na pag-access ay hinahanap sa pamamagitan ng mas mahabang distansya na kinakailanganang laktawan ng hindi pinapatong signal.

Kabling ng thermistor

Ang resistensya ng isang thermistor ay madalas na maraming antas ng kahulugan na mas malaki kaysa sa anumang lead wire. Kaya, ang epekto ng resistensya ng lead sa mga babasahin ng temperatura ay madaling maliwanag, habang ang thermistors ay halos laging nakakonekta sa isang 2-wire configuration.

Kabling ng thermocouple

Tulad ng RTDS at thermistors, may positibo at negatibong mga binti ang thermocouples, kaya kinakailangang sundin ang polaridad. Maaaring magkaroon ng direkta na koneksyon sa lokal na 2-wire transmitter at ang koppar wire ay maaaring ibalik sa tumatanggap na instrumento. Kung maaaring tanggapin ng tumatanggap na instrumento ang direkta na input ng thermocouple, ang parehong thermocouple wire o thermocouple extension wire ay dapat gamitin patungo sa tumatanggap na instrumento.