سنسور دما مقاومتی (سنسور RTD)

نام‌هاي تجاري: سنسور دما مقاومتی _ سنسور مقاومتی (سنسور RTD)

نام‌هاي رایج سنسور مقاومتی: Pt100 , Pt200 , Pt500 , Pt1000

مهم‌ترین دلایل کاربرد سنسور RTD

از مهمترین دلایل کاربرد سنسور دما مقاومتی دقت بالایی است که برای محیط‌هایی با دمای کاری زیر ℃500 دارند و به سادگی در این رنج دمایی جایگزین ترموکوپل‌ها می‌شوند. همان‌طور که بیان شد قابلیت اندازه‌گیری دما از ℃200- تا ℃850+ وجود دارد و می‌توان با توجه به میزان حساسیت و دقت مورد نظر از انواع مختلف این سنسور دما مقاومتی (سنسور RTD) بهره برد. مهمترین و پرکاربردترین‌های این سنسورها عبارتند از: Pt100 , Pt1000 .

از دیگر عوامل محبوبیت و پرکاربرد بودن سنسورهای rtd می‌توان به پایداری و ثبات دمای سنس‌شده اشاره داشت؛ پلاتین‌ (Pt) یک فلز نجیب است و به علت عدم تمایلش به واکنش با مواد دیگر، پایداری بالایی دارد؛ ازین رو در بازه‌ی وسیعی از تغییرات دمایی شاهد تغییرات مقاومتی به گونه‌ای بسیار خطی و البته تکرارپذیر خواهیم بود.

نحوه عملکرد سنسور RTD

برخلاف ترموکوپل، سنسور دمای مقاومتی خنثی و غیرفعال است؛ و برای ایجاد ولتاژ خروجی به شارش جریان نیاز دارند. با اندازه‌گیری مقاومت می‌توان دمای متناظر با میزان اهم خروجی را با توجه به نوع سنسور انتخاب شده رویت و ثبت نمود. با این وجود گذر جریان از سنسور RTD افزایش دمای سنسور را به همراه دارد؛ این خود گرمایش دمای سنسور را تغییر داده و به عنوان یک خطای اندازه‌گیری ظاهر می‌شود. تولیدکنندگان این خطاها را برای مقادیر و انواع مختلف RTD مشخص می‌کنند و همواره سعی بر حفظ این خودگرمایش زیر 0.5 درجه سانتیگراد را دارند.

خروجی سنسورهای مقاومتی همانطور که از اسم‌شان پیداست مقاومتی، یا بهتر است بگوییم سیگنال اهمی است، با این حال برای داشتن دقت مناسب در سیگنال خروجی، نیازمند رعایت چندین پارامتر هستیم. از مهم‌ترین عوامل می‌توان به انتخاب نوع سنسور RTD و سپس استفاده از کابل دنباله سخن به میان آورد.

جهت انتقال سیگنال و تکمیل سیستم کنترلی نمی‌توان مستقیماً پایه‌های سنسور دما را به کنترلر (ترموستات) متصل نمود و دما را اندازه‌گیری کرد. در این میان همانند ترموکوپل‌ها جهت انتقال سیگنال خروجی دست به دامان کابل‌های دنباله می‌شویم که در ادامه به انواع این کابل و جبران‌سازها خواهیم پرداخت.

انواع کابل‌های دنباله سنسور RTD و اتصالات رایج

جهت اندازه‌گیری مقاومت سنسور RTD می‌توان از  کابل‌های دنباله دو سیم‌، سه سیم، چهار سیم و یا در برخی موارد که کاربردی نادر دارند از کابل شش سیم استفاده کرد.

• • سنسور دما مقاومتی (سنسور RTD) به همراه کابل دنباله دو سیمه

    عموماً در سیستم‌هایی که دقت اندازه‌گیری از اهمیت بسیار بالایی برخوردار نیستند و تلورانس 0.5-1 درجه مورد تأیید می‌باشد استفاده می‌شوند و همچنین نسبت به کابل‌های دیگر نسبتاً اقتصادی‌تر می‌باشند.

  • سنسور RTD سه سیمه

    رایج‌ترین کابل دنباله مورد استفاده در سنسورهای RTD می‌باشد و از درجه دقت مطلوبی برخوردار هستند.

  • سنسور دما مقاومتی چهار سیمه

    بیشترین کاربرد این نوع اتصال در سنسورهای Pt1000 جهت به حداقل رساندن خطاست.

توجه: از آنجا که سنسور RTD با سطح سینگال پایینی کار می‌کند لذا مبحث فیلتر کردن نویز و به حداقل رساندن آن اهمیت پیدا می‌کند. وجود نویز در محیط سطح سینگال به نویز را کاهش داده و عملاً سنسور RTD سیگنال خروجی (سیگنال اهمی) خود را از دست می‌دهد، بنابراین جهت به حداقل رساندن اثر نویز مواردی را به شرح ذیل پیشنهاد می‌دهیم:

1. 1. تا حد ممکن کابل دنباله سنسور RTD را از کلید، تجهیزات توان بالا و کابل‌های برق فشار قوی که منتشرکننده نویز می‌باشند دور نگه دارید.
   2. استفاده از کابل‌های شیلددار (آرموردار) و ارت‌دار به گونه‌ای که سیم ارت به زمین سیستم کاری وصل شده باشد می‌تواند تأثیر چشمگیری در کاهش نویز داشته باشند.
   3. می‌توان از کابل‌های دو به دو و به یکدیگر تابیده شده (Twisted Pair) درون محفظه شیلد بهره برد؛ این عمل به منظور کاهش نویز و نوسانات الکترومغناطیسی (EMI) صورت می‌گیرد.

در شکل زیر تأثیر کابل‌های به هم تابیده شده در کاهش اثر تخریبی تشعشع امواج را مشاهده می‌کنید.

 انواع سنسور RTD پلاتینیوم

این سنسورها که به نام PRT (Platinum Resistance Thermometers) شناخته می‌شوند. بسته به نوع کاربریشان به دو دسته‌ سنسور تخت فیلمی (Flat Film) و سنسور سیم پیچی (Wire Wound) تقسیم می‌شوند. در زیر به شرح مختصری از این دو دسته می‌پردازیم:

1. Flat Film Detectors

سنسورهای فیلمی از قراردادن لایه نازکی از سیم پلاتین روی یک زیر لایه با بستر سرامیکی ساخته می‌شوند؛ به منظور محافظت از این المان، پوششی از اپوکسی یا شیشه فرا گرفته است. این سنسورها نسبت به سنسورهای Wire Wound از پاسخ زمانی سریعتری برخوردار هستند اما پایداری و دقت کمتری را نسبت به سنسورهای نوع سیم پیچ به خود اختصاص داده‌اند و بازه‌ی دمایی پایین‌تری را پوشش می‌دهند.

2. Wire Wound Detectors

این نوع سنسورها و آشکارسازها از طول پیچیده شده‌ی نازکی از پلاتین حول هسته سرامیکی یا شیشه‌ای ساخته می‌شوند. تولیدکنندگان این طول سیم را طوری محاسبه می‌کنند که مقاومت مشخص در صفر درجه سانتی‌گراد به دست آید. به دلیل ساختار شکننده‌ای که دارند اغلب توسط غلافی محافظ احاطه می‌شوند.

سنسورهای سیم پیچ از بازه دمایی وسیع‌تر و درجه دقت بالاتری نسبت به سنسورهای تخت فیلمی برخوردار هستند لذا قیمت‌های بالاتری را نیز به خود اختصاص می‌دهند.