مبانی ترموکوپل و RTD

مبانی ترموکوپل و RTD چیست؟

.

ترموکوپل ها چیست؟

ترموکوپل ها حسگرهای دما هستند.

آنها بر اساس این اصل عمل می کنند که اتصال دو فلز غیرمشابه (تشکیل یک مدار بسته) ولتاژ قابل اندازه گیری (نیروی محرکه الکتریکی) را زمانی که دو سر ترموکوپل در دماهای مختلف هستند تولید می کند (شکل ۱ را ببینید).

از آنجایی که ترموکوپل ها ساختار ساده ای دارند و از نظر قابلیت اطمینان برتر هستند،

به عنوان سنسور دمای صنعتی در طیف وسیعی از زمینه ها مورد استفاده قرار گرفته اند.

علاوه بر این، اتصال یک ابزار اندازه گیری (ضبط، DCS، PLC و غیره) به یک سر مدار به شما امکان می دهد اختلاف پتانسیل (نیروی الکترومغناطیسی) را اندازه گیری کنید (شکل ۲ را ببینید).

 

انواع مختلفی از ترموکوپل ها برای اندازه گیری دامنه های مختلف دما وجود دارد.

انواع پرمصرف با ویژگی های برتر توسط استانداردهای JIS، IEC و غیره استاندارد شده اند.

موارد زیر انواع معمولی ترموکوپل (به طور کلی با نمادها نشان داده می شوند) و ویژگی های آنها (مزایا و معایب) را خلاصه می کند.

مزایای ترموکوپل و معایب

 

یک ترموکوپل از حداقل دو فلز تشکیل شده است که به یکدیگر متصل شده و دو اتصال را تشکیل می دهند.

یکی به جسمی متصل است که دمای آن اندازه گیری می شود. این محل اتصال گرم یا اندازه گیری است.

اتصال دیگر به جسمی با دمای شناخته شده متصل است.

این محل اتصال سرد یا مرجع است. بنابراین ترموکوپل دمای ناشناخته بدن را با توجه به دمای شناخته شده بدن دیگر اندازه می گیرد.

• اصل کار

  اصل کار ترموکوپل بر اساس سه اثر است که توسط Seebeck، Peltier و Thomson کشف شد. آنها به شرح زیر هستند:

  ۱) اثر Seebeck: اثر Seebeck بیان می‌کند که وقتی دو یا بر خلاف فلزات که در دو محل اتصال به یکدیگر متصل می شوند، نیروی الکتروموتور (emf) در این دو اتصال ایجاد می شود. مقدار emf تولید شده برای ترکیبات مختلف فلزات متفاوت است.

  ۲) اثر پلتیه: بر اساس اثر پلتیه، زمانی که دو غیرمشابه فلزات به یکدیگر متصل می شوند تا دو اتصال را تشکیل دهند، به دلیل دماهای مختلف دو اتصال مدار، emf در مدار تولید می شود.

  ۳) اثر تامسون: طبق اثر تامسون، زمانی که دو فلز بر خلاف یکدیگر به هم متصل شوند و دو اتصال را تشکیل دهند، پتانسیل در داخل مدار به دلیل گرادیان دما در تمام طول هادی های داخل مدار.

  در اکثر موارد emf پیشنهاد شده توسط اثر تامسون بسیار کوچک است و با انتخاب مناسب فلزات می توان از آن صرف نظر کرد. اثر پلتیه نقش برجسته ای در اصل کار ترموکوپل دارد.

ترموکوپل: چگونه کار می کند

مدار کلی برای کار ترموکوپل در شکل نشان داده شده است.

این فلز از دو فلز غیرمشابه A و B تشکیل شده است. این دو به یکدیگر متصل شده و دو اتصال p و q را تشکیل می دهند که به ترتیب در دماهای T₁ و T₂ حفظ می شوند. .

به یاد داشته باشید که اگر دو اتصال وجود نداشته باشد، ترموکوپل نمی تواند تشکیل شود.

از آنجایی که دو اتصال در دماهای مختلف نگهداری می شوند، emf پلتیر در مدار تولید می شود و تابع دمای دو اتصال است.

اگر دمای هر دو اتصال یکسان باشد، emf برابر و مخالف در هر دو اتصال تولید می شود و جریان خالصی که از محل اتصال می گذرد صفر است.

اگر اتصالات در دماهای مختلف حفظ شوند، emfها صفر نمی شوند و جریان خالصی از مدار عبور می کند. کل emf که از این مدار عبور می کند به فلزات استفاده شده در مدار و همچنین دمای دو اتصال بستگی دارد.

کل emf یا جریانی که از مدار می گذرد را می توان به راحتی توسط دستگاه مناسب اندازه گیری کرد.

دستگاه اندازه گیری جریان یا emf در مدار ترموکوپل متصل است. مقدار emf را که در مدار به دلیل دو اتصال دو فلز غیرمشابه در دماهای مختلف حفظ می شود اندازه گیری می کند. دو محل اتصال ترموکوپل و دستگاه مورد استفاده برای اندازه گیری emf (پتانسیومتر) نشان داده شده است.

اکنون دمای اتصالات مرجع از قبل مشخص است، در حالی که دمای اتصالات اندازه گیری ناشناخته است.

خروجی به دست آمده از مدار ترموکوپل مستقیماً در برابر دمای نامعلوم کالیبره می شود.

بنابراین ولتاژ یا جریان خروجی به دست آمده از مدار ترموکوپل مقدار دمای نامعلوم را مستقیماً نشان می دهد.

ردیاب های مقاومتی دما

دتکتورهای مقاومتی دما چیست؟

 

آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) حسگرهای دما هستند.

آنها بر این اصل کار می کنند که مقاومت فلز متناسب با دمای آن افزایش می یابد.

یک RTD پلاتینیوم از پلاتین (Pt) برای عنصر سنجش دما مقاومت استفاده می کند که ویژگی های دمایی خوبی دارد و خطی و پایدار است.

در میان انواع مختلف سنسورهای دما، RTD های پلاتینیوم به طور گسترده ای با دقت بالا مورد استفاده قرار گرفته اند. به طور خاص، Pt100 (مقدار مقاومت در ۰ درجه ۱۰۰ اهم است) در سراسر جهان محبوب بوده است.

از نیکل و مس نیز برای RTD ها استفاده می شود. ترمیستورها به عنوان مقاومت استفاده می شوند.

سه نوع روش سیم کشی موجود است: دو سیم، سه سیم و چهار سیم.

 

علاوه بر این، یک مدار اندازه‌گیری در سمت ابزار اندازه‌گیری بسته به تکنیک‌های سیم‌کشی متفاوت است.

شکل‌های نشان‌داده‌شده در زیر، اصول روش سه سیمه را که بیشتر در اندازه‌گیری صنعتی استفاده می‌شود، و تکنیک چهار سیمی که برای اندازه‌گیری‌های دقیق استفاده می‌شود، توضیح می‌دهند.

الف) اصل تکنیک سه سیم

 

مقاومت سرب r1 و r2 کاملاً مطابقت دارند و بنابراین در یک مدار پل لغو می‌شوند. بنابراین، پایین و یکنواخت نگه داشتن مقاومت سه لید به شما امکان می دهد اندازه گیری دما را با خطاهای کمی انجام دهید، حتی اگر لیدهای بین Rt و ابزار اندازه گیری طولانی تر شوند.

ب) اصل تکنیک چهار سیم

 

جریان ثابتی از r1 و r4 عبور می‌کند و ولتاژ در پایانه‌های RTD اندازه‌گیری می‌شود، که عاری از تأثیر مقاومت‌های سرب در اندازه‌گیری شما است. بنابراین، این سیستم امکان اندازه گیری دقیق دما را فراهم می کند.

اگر یک RTD از تکنیک چهار سیم به یک ابزار اندازه گیری تکنیک سه سیم متصل شود،

غیرفعال کردن یکی از لیدهای RTD در تکنیک چهار سیم یک کار ساده را فراهم می کند.

پیکربندی اندازه گیری دما در این حالت، کم و یکنواخت نگه داشتن مقاومت سه سیم مانند تکنیک سه سیم مورد نیاز است.

برای جلوگیری از اثرات نویز و سایر موارد، سرب استفاده نشده باید خاتمه داده شود (عایق).

همچنین بخوانید: ترموکوپل: محاسبه دما از میلی ولت

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.