شرکت باروس‌صنعت تامین‌کننده انواع سنسور های RTD
سنسورهای مقاومتی دما یا (RTD) Resistance Temperature Detector :
مقاومت الکتریکی فلزات خالص در اثر تغییر دما، افزایش و یا کاهش مییابد. میتوان به کمک مدارهای الکترونیکی، مانند پل وتستون میزان این تغییرات را اندازه گیری کرد. این نوع سنسورها به RTD معروف میباشند. ساختان داخلی یک سنسور RTD در شکل زیر نشان داده شده است.
ساختار :
جهت حافظت از سنـسور، و جلوگیری از تماس آن با سیال و محیط بیرون، آن را درون یک پوشش فولاد ضد زنگ، قرار می‌دهند. سنسور به دقت درون این پوشش جاسازی میشود تا انتقال دمایی به خوبی و با سرعت انجام شود.
با توجه به اینکه هوا هادی خوبی برای گرما نمی‌باشد. معمولا از پودر سرامیک برای پر کردن فضای خالی استفاده میشود تا انتقال حرارت سریع تر صورت گیرد. برای آشکارسازی تغییرات مقاومت الکتریکی می‌بایست اندازه مقاومت نسبتا بزرگ باشد و مقاومت الکتریکی فلزات کم باشد. لذا سنسور بصورت سیم‌پیچ ساخته میشود تا طول آن افزایش یافته و مقاومت بزرگی داشته باشد. سیمهای سنسور به منظور اتصال به مبدل و ترانسمیتر از درون پوشش بیرون آمده و در دسترس قرار می‌گیرند.
فنر
معمولا یک فنر در قست انتهاییم سنسور تعبیه میشود. میله سنسور به کمک نیروی فنر به خوبی با انتهای غلاف تماس پیدا میکند. در این حالت به جای اندازه‌گیری دمای هوای درون غلاف، دای واقعی سیال اندازه گیری میشود و سرعت اندازه گیری دما نیز افزایش میابد.
فلزات مختلی در ساخت RTD ها به کار گرفته میشوند. پرکاربردترین فلز، پلاتین خالص می باشد. که مقاومت آن با دما، تقریبا بصورت خطی تغییر میکند. مقاومت پلاتین در دمای صفر درجه سانتیگراد، ۱۰۰ اهم است. باتوجه به اینکه بیشتر سنسورهای RTD از پلاتین ساخته میشوند، از این رو سنسورهای مقاومتی، با نام ۱۰۰ PT نیز شناخته می شوند. نیکل بعد از پلاتین در جایگاه دوم قرار دارد. نمودار تغییر مقاومت الکتریکی، فلزات مختلف با تغییر دما در شکل زیر نشان داده شده است.
پل وتسون :
در سنسورهای RTD از پل‌وتستون به عنوان مبدل تغییرات مقاومت الکتریکی به ولتاژ استفاده می شد. شکل زیر ساختار پل وتسونی را که یک مقامت RTD در یکی از شاخه های آن قرار گرفته است، نشان میدهد. هنگامیکه پل در حالت تعادل قرار دارد مقدار ولتاژ V تغییری نخواهد داشت. با تغییر مقامت سنسور RTD، در اثر تغییر دما، با توجه به اینکه مقاومت های دیگر بدون تغییر هستند، ولتاژ V تغیییر خواهد کرد. با اندازه گیری تغییرات ولتاژ، میتوان میزان تغییرات دما را اندازه گیری کرد.
مقاومت سیم‌هایی که جهت اتصال سنسور RTD به مبدل بکار می روند، بر میزان جریان و ولتاژ مدار تأثیرگذار هستند که در محاسبات در نظر گرفته نمی شوند. با توجه به اینکه سنسور در انتهای میله قرار دارد، و طول سیم‌هایی که سنسور RTD را به مدار متصل می کنند، زیاد است، خطای اندازه‌گیری در این حالت افزایش می یابد. جهت کاهش خطای انداز گیری، سنسورهای RTD به‌صورت سه سیم و یا چهار سیم، ساخته می شوند.
سنسورهای سه سیم :
در سنسورهای سه سیم، از دو سیم برای ارسال جریان استفاد میشود. ولتاژ دو سر مقاومت بوسیله سیم سوم و یکی از دو سیم اصلی اندازه‌گیری می شود. در این حالت تأثير مقاومت یکی از سیم های رابط از بین می رود، این مساله بر دقت انداز گیری می افزاید. در این حالت هر چند که یک سیم اضافه تر در میله سنسور قرار داده میشود، اما دقت اندازه گیری افزایش قابل توجه‌ای میابد.
سنسورهای چهار سیم :
چنانچه نیاز به دقت بالاتر داشته باشیم میتوانم از سنسورهای چهار سیمه استفاده کنم. در سنسورها چهار سیمه اثر سیمهای ارتباطی به طور کامل حذف میشود. در این حالت از دو سیم برا ارسال جریان استفاده میشود.تغیرات ولتاژ دوسر مقاومت توسط دو سیم دیگر مستقیما اندازه‌گیر میشود، و دیگر جریان در آن سیم‌ها وجود نخواهد داشت، تا مقاومت آنها بر اندازه‌گیری دما تأثیر منفی بگذارد.از جمله تجهیزاتی که جهت اتصال سنسورهای RTD استفاده میشود، ترانسمیتر های هدمونت میباشد که در زیر نمونه ان اورده شده است.
دقت و رنج اندازه گیری :
سنسور RTD در بین سنسورهای دمایی که در محدوده میانی کار می کنند، پایدارترین و دقیق‌ترین سنسور می باشد. و از نظر تئوری قادر به اندازه گیری تغییرات دمایی در حدود ۰/۰۰۰۰۱°C میباشد. این سنسورها در شرایطی که محدوده تغییرات دما کوچک بوده و دقت بالا نیاز باشد، بهترین گزینه هستند. هر چه محدوده تماس سنسور باسیال بیشتر باشد دقت اندازه گیری افزایش می یابد. لذا همانطور که گفته شد یک فنر(Spring loaded) در قسمت انتهای سنسور تعبيه میشود. تا هنگامیکه سنسور به همراه غلاف نصب میشود، با بدنه آن در تماس باشد و دمای سیال را بادقت و سرعت بیشتری اندازه‌گیری نماید.
معایب سنسور RTD :
مهمترین مشکل سنسورهای RTD تولید گرما در مجموعه سنسور و سیمهای ارتباطی ان میباشد، ولتاژ دو سر مقاومت RTD با ارسال جریان الکتریکی اندازه‌گیری میشود، جریان عبوری از سیم ها تولید گرما میکند. این گرمای تولیدی به عنوان یک مقدار مثبت به دمای اندازه گیری شده افزوده میشود. و خطای اندازه گیری را افزایش میدهد. هر چه اندازه این جریان کمتر باشد تأثیر گرمای تولیدی سیم‌ها نیز کمتر خواهد بود.
ترمیستور (Thermistor):
نوع دیگری از سنسورهای مقاوتی نیز وجود دارند، که بر اساس فناوری نیمه هادی ساخته میشوند. این سنسورها در دو مدل ارایه میشوند؛ سنسورهای با ضریب حرارتی مثبت، در این مدل مقاموت الکتریکی با افزایش دما افزایش و با کاهش آن کاهش مییابد. و سنسورهای با ضریب حرارتی منفی، در این مدل مقاومت الکتریکی با افزایش دما کاهش و با کاهش آن افزایش می یابد. ترمیستورها معروف ترین نوع این سنسورها هستند. که با ضریب حرارتی منفی ساخته میشوند. ترمیستورها در بدنه موتورهای الکتریکی بزرگ و جهت محافظت از سیم پیچ موتور در برابر افزایش دما به کار گرفته می شوند. ترمیستورهای امروزی قادر به اندازه گیری دماهای پایین حدود ۱۰۰- درجه سانتیگراد تا دماهای بالا در حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد می باشند.