Termokupl, termistör ve RTD arasındaki fark

               

Sıcaklık kavramı

Fiziksel bir bakış açısına göre, ısı, moleküllerinin veya atomlarının düzensiz hareketi nedeniyle vücutta bulunan enerjinin bir ölçüsüdür. Tıpkı tenis toplarının artan hız ile daha fazla enerjiye sahip olması gibi, sıcaklık arttıkça vücudun veya gazın iç enerjisi de artar. Sıcaklık, kütle ve özgül ısı gibi diğer parametrelerle birlikte vücudun enerji içeriğini tanımlayan bir değişkendir.

Sıcaklığın temel ölçüsü Kelvin derecedir. 0 ° K'de (Elvin), vücuttaki her molekül hareketsizdir ve artık ısı yoktur. Bu nedenle, daha düşük enerji durumu olmadığı için negatif sıcaklık olasılığı yoktur.

Günlük kullanımda, olağan uygulama santigrat (eski adıyla santigrat) kullanmaktır. Sıfır noktası, pratikte kolayca yeniden üretilebilen suyun donma noktasındadır. Şimdi 0 ° C hiçbir şekilde en düşük sıcaklık değildir, çünkü herkes deneyimlerinden bilir. Santigrat ölçeğini tüm moleküler hareketin durduğu en düşük sıcaklığa genişleterek – 273.15 dereceye ulaşırız.

İnsan, sınırlı bir aralıkta duyuları aracılığıyla sıcaklığı ölçme yeteneğine sahiptir. Ancak, nicel ölçümleri doğru bir şekilde yeniden üretemedi. Kantitatif sıcaklık ölçümünün ilk şekli 17. yüzyılın başlarında Floransa'da geliştirildi ve alkolün genişlemesine dayanıyordu. Ölçeklendirme, yaz ve kış aylarındaki en yüksek sıcaklıklara dayanmaktadır. Yüz yıl sonra, İsveçli gökbilimci Celsius onu suyun erime ve kaynama noktalarıyla değiştirdi. Bu, termometreye herhangi bir zamanda yakınlaştırma ve uzaklaştırma ve okumaları daha sonra yeniden üretme fırsatı verir.

Elektriksel ölçüm sıcaklığı

Sıcaklık ölçümü, bina kontrolü, gıda işleme ve çelik ve petrokimya ürünlerinin imalatı gibi birçok uygulamada önemlidir. Bu çok farklı uygulamalar, farklı fiziksel yapılara ve genellikle farklı teknolojilere sahip sıcaklık sensörleri gerektirir

Endüstriyel ve ticari uygulamalarda, ölçüm noktaları genellikle gösterge veya kontrol noktalarından çok uzaktadır. Ölçümlerin daha fazla işlenmesi genellikle kontrolörlerde, kayıt cihazlarında veya bilgisayarlarda gereklidir. Bu uygulamalar, termometrelerin doğrudan gösterilmesi için uygun değildir, çünkü onları günlük kullanımdan biliyoruz, ancak sıcaklığı başka bir cihaz biçimine, elektrik sinyaline dönüştürmemiz gerekiyor. Bu uzak elektrik sinyalini sağlamak için genellikle RTD kullanılır. Termistörler ve termokupllar.

RTD, sıcaklıkla değişen metal direncinin özelliğini benimser. Direnci sıcaklıkla artan pozitif sıcaklık katsayılı (PTC) sensörlerdir. Kullanılan ana metaller platin ve nikeldir. En yaygın kullanılan sensörler 100 ohm veya 1000 ohm RTDS veya platin dirençli termometrelerdir.

RTD, endüstriyel uygulamalar için en doğru sensördür ve aynı zamanda en iyi uzun vadeli kararlılığı sağlar. Platin direnç doğruluğunun temsili değeri, ölçülen sıcaklığın +% 0,5'idir. Bir yıl sonra yaşlanma ile +0.05 °C'lik bir değişim olabilir. Platin rezistanslı termometreler – 200 ila 800 ° C sıcaklık aralığına sahiptir. 

Sıcaklıkla direnç değişimi

Bir metalin iletkenliği, iletken elektronların hareketliliğine bağlıdır. Telin ucuna bir voltaj uygulanırsa, elektronlar pozitif kutba hareket eder. Kafesteki kusurlar bu harekete müdahale eder. Dış veya eksik kafes atomlarını, tane sınırlarındaki ve kafes konumları arasındaki atomları içerirler. Bu arıza yerleri sıcaklıktan bağımsız olduğundan, sabit bir direnç üretirler. Sıcaklığın artmasıyla, metal kafes içindeki atomlar, sabit konumlarının yakınında artan salınımlar sergiler ve böylece iletken elektronların hareketini engeller. Salınım sıcaklıkla doğrusal olarak arttığından, salınımın neden olduğu direnç artışı doğrudan sıcaklığa bağlıdır.

Platin, endüstriyel ölçümde yaygın olarak kabul görmüştür. Avantajları arasında kimyasal stabilite, nispeten kolay imalat (özellikle tel üretimi için), yüksek saflıkta elde etme olasılığı ve tekrarlanabilir elektriksel özellikler bulunur. Bu özellikler, platin direnç sensörünü en yaygın olarak değiştirilebilir sıcaklık sensörü yapar.

Termistörler bazı metal oksitlerden yapılır ve dirençleri artan sıcaklıkla azalır. Sıcaklığın artmasıyla direnç karakteristiği azaldığından, negatif sıcaklık katsayısı (NTC) sensörü olarak adlandırılır.

Temel işlemin doğası gereği, iletken elektronların sayısı sıcaklıkla katlanarak artar; Bu nedenle, karakteristik güçlü bir artış gösterir. Bu belirgin doğrusal olmama, NTC dirençlerinin bir dezavantajıdır ve etkili sıcaklık aralığını yaklaşık 100 ° C ile sınırlar. Elbette, otomatik bilgisayarlar tarafından doğrusallaştırılabilirler. Bununla birlikte, doğruluk ve doğrusallık, geniş ölçüm aralığının gereksinimlerini karşılayamaz. Alternatif sıcaklıklardaki sürüklenmeleri de RTD'ninkinden daha büyüktür. Kullanımları, sıcaklığın 200 ° C'yi aşmadığı uygulamaların izlenmesi ve gösterilmesi ile sınırlıdır. Bu basit uygulamada, düşük maliyetleri ve gereken nispeten basit elektronik devreler göz önüne alındığında, aslında daha pahalı termokupllardan ve RTD'lerden üstündürler.

Termokuplun temeli, iki farklı metal olan termistör arasındaki bağlantıdır. Termokupl ve RTD tarafından üretilen voltaj sıcaklıkla artar. Dirençli termometrelerle karşılaştırıldığında, birkaç bin santigrat derece gibi önemli bir avantaja sahip daha yüksek bir üst sıcaklık sınırına sahiptirler. Uzun vadeli stabiliteleri biraz zayıftır (bir yıl sonra birkaç derece) ve ölçüm doğruluğu biraz zayıftır (ölçüm aralığının ortalama +% 0.75'i). Genellikle fırınlarda, fırınlarda, baca gazı ölçümünde ve sıcaklıkların 250 ° C'den yüksek olduğu diğer alanlarda kullanılırlar.

Termoelektrik etki

İki metal birbirine bağlandığında, elektronların ve metal iyonlarının farklı bağlanma enerjisi nedeniyle termoelektrik voltaj üretilir. Voltaj, metalin kendisine ve sıcaklığa bağlıdır. Bu termal voltajın akım üretebilmesi için, iki metalin elbette kapalı bir devre oluşturmak için diğer uçta birbirine bağlanması gerekir. Bu şekilde, ikinci bağlantı noktasında bir termal voltaj üretilir. Termoelektrik etki 1822'de Seebeck tarafından keşfedildi. 1828 gibi erken bir tarihte, Becquerel sıcaklık ölçümü için platin paladyum termokupl kullanılmasını önerdi.

Her iki kavşakta da aynı sıcaklık varsa, iki noktada oluşan kısmi basınçlar birbirini iptal ettiği için akım akışı yoktur. Kavşaktaki sıcaklık farklı olduğunda, üretilen voltaj farklıdır ve akım akar. Bu nedenle, termokupl sadece sıcaklık farkını ölçebilir.

Ölçüm noktası, ölçülen sıcaklığa maruz kalan bir kavşaktır. Referans bağlantı, bilinen bir sıcaklıktaki bir bağlantıdır. Bilinen sıcaklık genellikle ölçülen sıcaklıktan daha düşük olduğundan, referans bağlantı noktası genellikle soğuk bağlantı olarak adlandırılır. Ölçüm noktasının gerçek sıcaklığını hesaplamak için soğuk uç sıcaklığının bilinmesi gerekir.

Daha eski cihazlar, soğuk bağlantı sıcaklığını 50c gibi bilinen değerlerde kontrol etmek için termostatik kontrol bağlantı kutuları kullanır. Modern cihazlar, sıcaklığını belirlemek ve ölçüm noktasının sıcaklığını hesaplamak için soğuk uçta ince film RTD kullanır.

Termoelektrik etki tarafından üretilen voltaj çok küçüktür ve santigrat derece başına sadece birkaç mikrovolttur. Bu nedenle, termokupllar normalde – 30 ila + 50 ° C aralığında kullanılmaz, çünkü referans bağlantı sıcaklığı ile referans bağlantı sıcaklığı arasındaki fark, parazitsiz bir sinyal üretemeyecek kadar küçüktür.

RTD kablolama

Bir direnç termometresinde, direnç sıcaklığa göre değişir. Çıkış sinyalini değerlendirmek için, içinden sabit bir akım geçer ve üzerindeki voltaj düşüşü ölçülür. Bu voltaj düşüşü için Ohm yasasına uyulur, v = IR.

Sensörün ısınmasını önlemek için ölçüm akımı mümkün olduğunca küçük olmalıdır. 1mA'lık ölçüm akımının herhangi bir belirgin hataya neden olmayacağı düşünülebilir. Akım, 0.1 °C'de PT 100'de 0V'luk bir voltaj düşüşü üretir. Bu sinyal voltajı şimdi bağlantı kablosu üzerinden minimum değişiklikle gösterge noktasına veya değerlendirme noktasına iletilmelidir. Dört farklı bağlantı devresi türü vardır:

2 telli devre

Termometre ile değerlendirme elektroniği arasındaki bağlantı için 2 damarlı bir kablo kullanılır. Diğer herhangi bir elektrik iletkeni gibi, kablo da bir direnç termometresi ile seri olarak bir dirence sahiptir. Sonuç olarak, iki direnç bir araya getirilir ve elektronikler bunu bir sıcaklık artışı olarak yorumlar. Daha uzun mesafeler için, hat direnci birkaç ohm'a ulaşabilir ve ölçülen değerde önemli bir sapma üretebilir. 

3 telli devre

Hat direncinin etkisini ve sıcaklıkla dalgalanmasını en aza indirmek için genellikle üç telli bir devre kullanılır. RTD'nin kontaklarından birinde ek kabloların çalıştırılmasını içerir. Bu, biri referans olarak kullanılan iki ölçüm devresi ile sonuçlanır. 3 telli devre, sayısı ve sıcaklık değişimi açısından hat direncini telafi edebilir. Ancak her üç iletkenin de aynı özelliklere sahip olması ve aynı sıcaklığa maruz kalması gerekmektedir. Bu genellikle 3 telli devreleri günümüzde en yaygın kullanılan yöntem haline getirmek için yeterli ölçüde uygulanır. Hat dengelemeye gerek yoktur. 

4 telli devre

Rezistanslı termometrenin en iyi bağlantı şekli 4 telli devredir. Ölçüm ne hat direncine ne de sıcaklığın neden olduğu değişikliklere bağlı değildir. Hat dengelemeye gerek yoktur. Termometre, bir güç bağlantısı üzerinden ölçüm akımı sağlar. Ölçüm hattındaki voltaj düşüşü, ölçüm hattı tarafından alınır. Bir elektronik cihazın giriş direnci, hat direncinden birçok kez daha büyükse, ikincisi göz ardı edilebilir. Bu şekilde belirlenen voltaj düşüşü, bağlantı telinin özelliklerinden bağımsızdır. Bu teknik genellikle sadece yüzüncü bir ölçüm doğruluğu gerektiren bilimsel aletler için kullanılır.

2 telli verici

Çok telli bir kablo yerine 2 telli bir verici kullanılarak, yukarıda açıklandığı gibi 2 telli bir devre sorunu önlenebilir. Verici, sensör sinyalini, sıcaklıkla orantılı olan 4-20mA'lık normalleştirilmiş bir akım sinyaline dönüştürür. Vericiye giden güç kaynağı da 4 mA'lık bir temel akım kullanarak aynı iki bağlantı üzerinden çalışır. 2 telli verici ek bir avantaj sağlar, yani sinyal amplifikasyonu harici parazitin etkisini büyük ölçüde azaltır. Vericiyi konumlandırmak için iki düzenleme vardır. Yükseltilmemiş sinyaller arasındaki mesafenin mümkün olduğu kadar kısa olması gerektiğinden, amplifikatör doğrudan terminal kafasındaki termometreye monte edilebilir. Bu en iyi çözüm, yapısal nedenlerden veya bir arıza durumunda vericiye ulaşmanın zor olabileceğine dair düşüncelerden dolayı bazen mümkün olmayabilir. Bu durumda, raya monte edilmiş verici kontrol kabinine monte edilir. Geliştirilmiş erişimin avantajı, yükseltilmemiş sinyalin kat etmesi gereken daha uzun bir mesafe pahasına satın alınmasıdır.

Termistör kablolaması

Bir termistörün direnci genellikle herhangi bir kurşun telin direncinden birkaç kat daha büyüktür. Bu nedenle, kurşun direncinin sıcaklık okumaları üzerindeki etkisi ihmal edilebilir düzeydeyken, termistörler neredeyse her zaman 2 telli bir konfigürasyonda bağlanır.

Termokupl kablolama

RTDS ve termistörlerin aksine, termokuplların pozitif ve negatif bacakları vardır, bu nedenle polariteye dikkat edilmelidir. Doğrudan yerel 2 telli vericiye bağlanabilirler ve bakır tel alıcı cihaza geri döndürülebilir. Alıcı cihaz termokupl girişini doğrudan kabul edebiliyorsa, aynı termokupl teli veya termokupl uzatma kablosu, alıcı cihaza kadar tüm yol boyunca kullanılmalıdır.