RTD چیست و چه کاربردهایی دارد؟

سنسور RTD یا سنسور دما مقامتی، ابزاری می باشد که جهت اندازه ‌گیری دما کاربرد دارد.نام این سنسور مخفف عبارت Resistance Temperature Detector به معنی حسگر دما مقاومتی است. نام دیگر این سنسور، دماسنج مقاومتی می باشد.سنسورهای RTD  به شکل مقاومت های سیمی می باشند و اغلب به شکل یک سیم پیچ غیر القایی با جنس سیم فلزی همچون مس و نیکل می باشد که جهت حفاظت ان در داخل پوششی از جنس استیل تعبیه می‌شود. مقاومت سیم به کار گرفته در این سنسور در اثر افزایش دما افزایش پیدا می کند.بنابراین می توان با اندازه گیری مقاومت RTD  ، دما را اندازه گیری نمود.

از نظر فیزیکی مقاومت فلزات زمانی گرم تر می باشد افزایش پیدا کند  و وقتی دمایشان کاهش پیدا می کند ، مقاومت الکتریکی کمتری خواهد داشت. با بهره مندی از همین خاصیت فلزات می توان به کمک سنسورهای RTD دمای محیط را بر اساس تغییر میزان مقاومت فلز محاسبه نمود. سنسورهای RTD معمولا از یک هسته ی سرامیکی یا شیشه ای تولید می شود که روی آن سیم پیچ مانندی از جنس بک فلز خالص مثل پلاتینیوم یا مس یا نیکل جای گرفته است.

عملکرد RTDبه چه صورت می باشد؟

به علت دقت بالا و در نتیجه مناسب بودن برای کاربردهای دقیق ، به آرامی در بسیاری از برنامه های صنعتی به دستگاه اندازه گیری دما ارجح تبدیل می گردد. RDT ها ی ساخته شده از پلاتین مطابق با استاندارد DIN  در دو کلاس A و B  تولید می گردد،کلاس A  که اغلب نمونه ازمایشگاهی هستند ، از دقت بسیار بالایی برخوردار می باشد میزان تلرانس ان در صفر درجه سانتی گراد،+/-0.06 اهم بوده و کلاس B  که معمولا کاربرد صنعتی دارد،از دقت پایین تری نسبت به کلاس A  می باشد. RTD با همبستگی مقاومت عنصر با دما کار می کند. هر چه فلز گرمتر شود ، مقاومت آن نیز بیشتر می گردد.

انواع RTD از لحاظ نوع جنس

نوع جنس RTD ای که انتخاب می نمایید، می بایست با ورودی حسگر ابزارتان سازگار باشد. در حال حاضر معمول ترین نوع RTD ها 100 اهم پلاتینی با ضریب دمای 0.00385 می باشد. پلاتین به علت های زیر در RTD ها کاربرد دارند:

1. بی اثر بودن شیمیایی
2. رابطه مقاومت و دما تقریباً خطی می باشد.
3. پایداری (به این علت که مقاومت در برابر دما با گذشت زمان زیاد تغییر نخواهد کرد)
4. ضریب دمای مقاومت که به اندازه کافی بالاست و به راحتی قابلیت اندازه گیری دارند.

سایر فلزات، کمتر به عنوان عناصر مقاومت در RTD کاربرد دارند که عبارتند از:نیکل، مس و بالکو.

انواع سنسور RTD

برای ساخت سنسور RTD از فلزات پلاتین، نیکل و مس مصرف می گردد و این سنسورها را می‌ توان بر اساس نوع آلیاژ استفاده شده در ساخت آن‌ها دسته ‌بندی نمود.

پلاتین: منفی 260 درجه تا 650 درجه سانتیگراد

نیکل: منفی 100 درجه تا 300 درجه سانتیگراد

مس: منفی 75 درجه تا 150 درجه سانتیگراد

آلیاژ نیکل و آهن: 0 درجه تا 200 درجه سانتیگراد

سنسور PT50

سنسور PT50 (سنسور پی تی 50) از انواع سنسور RTD می باشد ، در دمای صفر درجه سانتی‌گراد، مقاومتی برابر با 50 اهم از خود نشان می ‌دهد. این نوع از دماسنج مقاومتی به علت محدوده دمایی کوچکتری که نسبت به دیگر سنسورها دارد، کاربرد کمتری نیز دارد.

سنسور PT100

سنسور PT100 (سنسور پی تی 100) رایج ترین حسگر در دسته سنسورهای RTD به شمار می رود و در سه نوع ساده، سرامیکی و کونیک تولید می گردد. محدوده دمایی این سه نوع با یکدیگر فرق دارد ولی پایین ‌ترین دمایی که می‌ توانند اندازه‌ گیری نمایند، منفی 200 درجه سانتیگراد می باشد. این سنسورها به شکل دو سیم، سه سیم و چهار سیم طراحی و تولید می گردد.

سنسور PT500

سنسور PT500 (سنسور پی تی 500) که از پلاتین تولید می شود کاربردهای گسترده ‌ای در صنایع دارد. به علت بهره مندی از پلاتین در ساخت این سنسورها، از پایداری بالایی برخوردار می باشند. سنسورهای PT500 به شکل دو سیم، سه سیم و چهار سیم ارائه می گردد و محدوده دمایی بزرگی را پوشش می ‌دهند. این سنسور بالاترین کیفیت را بین انواع سنسور RTD دارد و به همین علت نیز از قیمت بالاتری برخوردار می باشد.

سنسور PT1000

این سنسور مناسب موقعیت‌هایی است که نیاز به دقت بالاتری می باشد که از جنس پلاتین هست. سه نوع از این سنسورها در بازار وجود دارد که عبارت اند از: فیلمانی، شیشه‌ ای و سرامیکی. این نوع سنسور به علت محدوده دمایی بالایی که دارد، نسبت به مدل‌های قبلی از قیمت بالاتری برخوردار می باشند.

معیار انتخاب مواد برای یک RTD :

• ماده باید قابلیت انعطاف داشته تا قابل فرم دادن به شکل یک سیم نازک را داشته باشد.
• از شیب یا منحنی تکرارپذیر و پایدار برخوردار است.
• مواد استفاده شده باید مقاوم در برابر خوردگی باشد.
• مواد به کار رفته می بایست ارزان باشد.(داشتن صرفه اقتصادی)
• منحنی تابع مقاومت نسبت به دمای خطی داشته باشد

لذا به طور کلی لازم است تا از فلزاتی بهره برداری گردد که از حساسیت بالاتری برخوردار باشند. اغلب آن را بافلزاتی چون پلاتین، نیکل، آلیاژ نیکل آهن و مس تولید می کنند که هر کدام برای کاربردی مصرف می شوند.نیکل و آلیاژ نیکل آهن ، نسبت به پلاتین­ در بازه دمایی کمتری خطی اند و پلاتین در بازه بیشتری خطی می باشد که بازه دمایی نیکل ۴۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد است و آلیاژ نیکل-آهن در مصارف محدود و خاصی استفاده می ­شود، به جهت خصوصیاتی چون خطی بودن، پایدار بودن و دقت نسبت به دیگر فلزات در صنعت از پلاتین استفاده می شود.

اجزاء تشکیل دهنده RTD

اجزاء تشکیل دهنده حسگرهای مقاومتی از المان مقاومتی، اتصال فرآیند، سیم کشی، انتهای سرد، لوله RTD و قطر خارجی تشکیل شده که در متن ذیل توضیح خواهیم داد

• المان مقاومتی پلاتین

بخش اصلی اندازه گیری دما المان مقاومتی  است که این المان اغلب از جنس پلاتین، نیکل و مس هست. طول المان مقاومتی از ⅛ تا 3 اینچ متغییر است. ضریب دمای استاندارد آلفا 0.00385 و مقاومت استاندارد 100 اهم در 0 درجه سانتیگراد است.

• اتصال فرایند

اتصال فرآیند در RTD ها همانند ترموکوپل دارای اتصالات استاندارد همچون اتصالات فشاری، جوشی، فنری و ... می باشد.

• سیم کشی

RTD ها به شکل دو، سه و چهار سیمه ساخته می شوند.RTDهای چهار سیمه جهت اندازه گیری دقیق دما در موارد خاص استفاده می شود و از دوسیم جهت انتقال جریان حسگر و دوسیم جهت اندازه گیری ولتاژ روی عنصر حسگر می گردد. عایق سنسورها و سیم ها با توجه به نوع کاربرد استفاده می شود، عایق سیم ها معمولا تفلون و فایبرگلاس است.

• انتهای سرد

اتصال سرد در RTD ها به صورت دو شاخه، سیم لخت، ترمینال و سایر اتصالات مرتبط با ترموکوپل می تواند باشد.

• لوله RTD

با توجه به نوع استفاده، از لوله هایی با جنس های مختلف کاربرد دارد. مثلا برای کاربری زیر دمای 500 درجه فارنهایت از استنلس استیل 316 و برای کاربری در دما های بالای 500 درجه فارنهایت از اینکونل 600 مصرف می شود.

• قطر خارجی

قطر خارجی RTD، 0.063 تا 500 اینچ است.

مزایا RTD :

• قیمت ارزان
• رنج دمایی گسترده
• زمان پاسخگویی سریع و دوام زیاد در کاربردهایی که با لرزش زیاد همراه هستند.

معایب RTD :

• دقت ترموکوپل از RTD کمتر می باشد.
• پایداری سیگنال در طول زمان به خطر می افتد.
• در دماهای بالا به شکل متناوب نیازمند تعویض هست.
• بر حسب مکانی که نصب شده است، با توجه به تغییر دمای محیط در فصول مختلف سال، ممکن است شاهد تغییر سطح سیگنال میلی ولت تولید شده توسط ترموکوپل باشیم.

سخن پایانی

RTDs در صنایع مختلف استفاده کاربرد دارند. برنامه های کاربردی خودرو، کالاهای سفید، دریایی و صنعتی و... مزایای استفاده از RTD نسبت به سایر حسگرهای دما همچون، بسیار دقیق ، استوار، ثبات طولانی مدت، تکرارپذیری زیاد، مناسب برای محیط های خشن و از دامنه دمای بالا برخوردار می باشد. در نهایت برای خرید و کسب اطلاعات بیشتر به وب سایت آژند برق مراجعه کنید.