RTD یا ترمیستور

اگر مهندس برق باشید، حتما اسم ترمیستور و rtd را شنیده‌اید!

مهمترین المان های صنعتی در اندازه گیری دما!

در این نوشته به PTC ها و NTC ها و رابطه نزدیکی که با ترمیستور و rtd دارند، می‌پردازیم!

با ما همراه باشد…

مدرس: مهندس فرزاد لطفی

ترمیستور یا rtd (بخشی از بسته INSTART)

یکی از روش های اندازه گیری دما، استفاده از تغییرات مقاومت است که
به کمک اندازه گیری تغییر مقاومت می توان دما را اندازه گیری کرد.
اندازه گیری های مقاومتی به دو دسته تقسیم بندی می‌شوند:

۱)  PTC یا به صورت تجاری آر تی دی (RTD)

اندازه گیری با ضریب حرارتی مثبت (PTC (Positive Temperature Coefficient ،
در این گونه، افزایش دما منجر به افزایش مقاومت شده و کاهش دما منجر به کاهش مقاومت می گردد.
رابطه مستقیم بین R و T.

فلزاتی نظیر پلاتین، نیکل، مس و تنگستن.

                   رنج اندازه گیری                                           ℃  ۹۸۰~۲۷۰-

                   رنج اندازه گیری صنعتی و عملکردی            ℃  ۸۰۰~۲۵۰-

در نمونه های مربوط به PTC، از استانداردی تحت عنوان IEC 60751 استفاده می‌کنیم.
در این استاندارد در مورد نحوه اندازه گیری، شیوه طراحی، نوع کالیبراسیون و موارد دیگر صحبت شده است.

برای پلاتین تا ۸۰۰ ، برای نیکل تا ۳۱۵ قابل اندازه گیری بوده و
برای سیم پیچی موتور های بزرگ معمولا از سیم پیچی های مس که تا ۱۵۰ توانایی اندازه گیری دما را دارد، استفاده می‌شود.

نوع خیلی پرکاربرد در صنعت، پلاتین می‌باشد.

۲) NTC ( ترمیستور )

اندازه گیری با ضریب حرارتی منفی (NTC (Negative Temperature Coefficient،
در ترمیستور ها، افزایش دما منجر به کاهش مقاومت شده و کاهش دما منجر به افزایش مقاومت می‌گردد.
رابطه معکوس بین R و T در ترمیستور .

اکسید فلزاتی نظیر کروم، کبالت، آهن ، ترکیب منگنز و نیکل.

                   رنج اندازه گیری                                     ℃  ۳۵۰~۵۰-

تذکر: NTC ها از نظر قیمت، بسیار گران تر از PTC ها می باشند. این به علت دقت اندازه گیری بالاتر ترمیستور ها می‌باشد.

به ازای هر ۱ افزایش دما، rtd ها در حدود ۰٫۵% افزایش مقاومت داشته، در حالی که این میزان برای ترمیستور ها در حدود ۳-۵% می‌باشد.

در واقع منحنی تغییرات NTC ( ترمیستور ) دارای رزولوشن بسیار بیشتری می‌باشد.

ترمیستور

اما در صنعت عموما از PTC ها استفاده می‌شود.

نمودار کلی (منحنی مشخصه فیزیکی) برای PTC و NTC را در شکل زیر مشاهده می کنید:

منحنی مقاومت متغیر بادما

تا حدود دمای ۳۵۰ ، PTC ها رفتاری خطی دارند.

چون این خاصیت خطی به ما پاسخ خوبی را نشان می‌دهد. در صنعت تا دماهای ۳۵۰ از PTC ها استفاده می‌شود.
در صنعت و تجارت عموما PTC ها را با نام (RTD (resistance temperature detector می خوانند.

پرکاربردترین PTC ها، پلاتین PT و نیکل Ni می باشند. که PT ها بسیار رایج‌تر می‌باشند.

برای پلاتین، انواع زیر را داریم:

PT 50 , 100 , 200 , 300 , … , ۱۰۰۰

که رایج‌ترین آن PT100 می‌باشد.

برای PT100 اطلاعات زیر را داریم:

℃ ۱۰۰Ω ← ۰

α = ۰٫۰۰۳۹۲ American Standard
α = ۰٫۰۰۳۸۵ European Standard

فرمول آلفا

مهم مهم: با استفاده از فرمول فوق و اطلاعات موجود، برای PT100 به ازای هر ۱℃ افزایش دما، افزایش مقاومت برابر با ۰٫۳۸۵ Ω خواهد بود.

اکنون به نظر شما، اگر در اتاق کنترل ۱۲۰ Ω دریافت شود؛ چه دمایی را در سایت داریم؟؟

محاسبه دما

در ادامه در رابطه با اینکه المنت اندازه گیری دما، چطور دما را محاسبه می‌کند و آن را به اتاق کنترل ارسال می‌کند، صحبت خواهیم کرد.

ارسال سیگنال RTD به اتاق کنترل

۱- RTD 2-wire

در راهکارهای استفاده از Local Indicator به خروج دو رشته سیم از ترانسمیتر دما و ارسال آن به اتاق کنترل اشاره کردیم.

RTD دو سیمه

دقت کنید که علاوه بر مقاومت RTD که در داخل ترموول قرار دارد، مقاومت های خط را نیز برای سیم های انتقالی داریم.

حتما مواظب باشید که برای PT100، کارت آنالوگ مخصوص به خودش را برای PLC بایستی خریداری کنید.

مدار جریان به صورت زیر می‌باشد:

مدار آر تی دی

در داخل این کارت آنالوگ یک پل وتستون وجود دارد که به شکل زیر یک خروجی ولتاژ را می دهد.

پل وتستون

گفتیم که RTD یا همان PT100 در دمای ۰℃، مقدار ۱۰۰ Ω را نشان می دهد.

اگر مقاومت ها  را به صورت زیر انتخاب کنیم، پل به حالت تعادل رفته و در دمای ۰℃ مقدار ۰ ولت را خواهیم داشت.

R2 × RTD = R1 × R3

تغییر دما، منجر به تغییر مقاومت می‌شود و تغییرات مقاومت به صورت تغییر ولتاژی (تقریبا بین ۱-۵ ولت) نمایان می‌گردد.

مقاومت خط: بایستی توجه کنید که مقدار RTD به طور مستقیم به اتاق کنترل نرفته و مطابق شکل اول، مقاومت های خط را نیز داریم.

این ها منجر به ایجاد اشتباه در مقدار مقاومت شده و مقادیر را کمی تغییر می‌دهد.

بنابراین اگر از سنسورهای RTD 2-wire استفاده کردید، اهم پِر کیلومتر /km کابل را محاسبه کرده و
میزان جبران سازی را به کارت بدهید تا جبران سازی انجام شود و به مقادیر صحیح‌تری دست یابید.

در این حالت فرض کنید که Ω/km = 10 باشد و طول کابل های ما ۱۰۰ متر باشد.

در نتیجه بایستی ۱ را به عنوان امپدانس اضافی و برای جبران سازی به کارت بدهیم.

به علت خطای مقاومت خط که بالا نیز می‌باشد، عموما از RTD 2-wire استفاده نشده و  RTD 3-wire  کاربردی و عملی می‌باشد.

 

۲-  RTD 3-wire

شمای کلی استفاده از RTD سه سیمه به صورت زیر می‌باشد:

مدار rtd سه سیمه

سیم سوم نیز از نظر سطح مقطع و مقاومت بایستی مشابه با دو سیم دیگر باشد.

در این حالت در واقع، سه سیم به داخل کارت PT100 از PLC برده شده و شرایط اعمال می‌گردد.

سمت راست بیانگر کارت آنالوگ PT100 در داخل PLC می‌باشد.

اگر دقت کنید، در حلقه بالایی به علت وجود ولت متر، جریانی نخواهیم داشت!

جریانی که در حلقه پایین ایجاد کرده‌ایم را I در نظر گرفته، ولتمتر A را VA و ولتمتر B را VB نام گذاری می‌کنیم. در نتیجه محاسبات زیر را خواهیم داشت.

در حلقه بالا                           VB = Rw × I

Rw، منظور مقاومت سیمِ وسطی می‌باشد! که در واقع همان جریان حلقه پایین از آن عبور می‌کند!

   در حلقه کلی                  I ×Rw + VRTD = VA

با کم کردن این دو عبارت به نتیجه زیر می رسیم:

VA VB = VRTD

این تنها آیتمی است که در ابزار دقیق، سیگنال مقاومتی را مستقیما به اتاق کنترل فرستاده و در اتاق کنترل آن را به ولتاژی تبدیل می‌کنیم.

فاصله بیش از ۲۰۰ متر

تذکر: بایستی به این نکته توجه کنید که در برخی استاندارد ها، نظیر استاندارد زیمنس این نکته ذکر شده است که
برای مسافت‌هایی بیش از ۲۰۰ متر نمی توانیم سیگنال مقاومتی را مستقیم به اتاق کنترل ارسال کنیم و در آنجا اعمال بالا را انجام دهیم.

در این موارد، بایستی پل وتستون را در داخل خود ترانسمیتر دما (کله گیر) که
همان واحد ترانسدیوسر می‌شود، ایجاد کنیم و نیازی به کارت آنالوگ مخصوص نیست.

در نتیجه ما خروجی مان فقط ۲۰-۴ میلی آمپر خواهد بود.

در واقع با پل وتستون خروجی ولتاژی ای ایجاد کرده و سپس
آن را به علت وجود نویزها به سیگنال جریانی تبدیل کرده و به اتاق کنترل ارسال می‌کنیم.

برای این کار بایستی ترانسمیتر های مخصوص این کار را خریداری کنید و
با یک کارت خروجی آنالوگ معمولی می‌توانید مقادیر را دریفات کنید.

RTD های سه سیمه، پرکاربردترین المان برای اندازه گیری دما با روش مقاومت‌های متغیر با دما می‌باشند.

rtd

۳- RTD 4-wire

برای از بین بردن اثر سیم سوم، می توان از ۴ سیم استفاده کرد.

در این حالت بایستی یک کارت آنالوگ مخصوص به PT100 با ۴ سیم را خریداری کنیم.

این کارت دارای ۴ پایه می‌باشد که بین پایه های ۲ و ۳، یک مبع جریان وجود داشته و
بین پایه ۱ و ۴ یک ولتمتر و ولتاژ خوان داشته که ولتاژ را می خواند و عملا جریان را از خود عبور نمی دهد.

مدار rtd 4 سیمه

در این حالت، کل جریان از حلقه درونی عبور می کند و جریانی از سیم های ۱ و ۴ عبور نمی کند.

در این حالت، ولتاژی که توسط ولتمتر اندازه گیری می‌شود،
دقیقا همان ولتاژ RTD می‌باشد که متناسب با مقاومت RTD می‌باشد.

سپس با یک کالیبراسیون ساده به راحتی می توانیم دما را بر روی PLC، مشاهده کنیم!

نکته: به عنوان یک نکته کلی این را بدانید که خروجی اکثر تجهیزاتی که در ابزار دقیق با آنها سر و کار داریم، ۱-۵ ولت بوده که
عموما یک مقاومت تقریبا ۲۵۰ Ω بر سر راه آن قرار داده و جریان ۲۰-۴ میلی آمپر خواهیم داشت.

به همین علت است که ولتاژ ۵-۱ ولت و جریان ۲۰-۴ میلی آمپر را زیاد شنیده اید!

تذکر: در موقع خرید آن به سه پارامتر توجه شود :

۱- ترموول خریداری شود (TW)

۲- ترانسمیتر خریداری شود (TT)

۳- المنت را هم بخریم (TE) (Temperature element)

ما در مباحث مختلفی از بسته جامع ابزار دقیق به آموزش کاربردی مطالب پرداخته ایم!

توسط | ۱۳۹۷-۶-۱۷ ۱۵:۱۴:۵۵ +۰۴:۳۰ ۲۷ مرداد ۱۳۹۷|ابزاردقیق, تکمیل شده دسته بندی ها|۴ نظرات

در باره نویسنده :

ما یه هدف مشترک داریم و میخوایم مهارت هایی که توی صنعت لازمه رو به افراد آموزش بدیم تا روزی که کالای ایرانی در دنیا بهترین باشه. اگه شما هم هدفتون همینه، نماتکی بشید. (:

۴ ديدگاه

  1. مهران ۱۳۹۷/۰۸/۰۲ در ۱۶:۲۷ - پاسخ دادن

    با درود و سپاس از همه دستاندرکاران که در امر اموزش تلاش مجدانه و بیوقفه بعمل میاورید،
    خواهشمندم در صورت امکان،در قسمتهایی که امکان دانلود رایگان مانند ویدئو ،گذارده اید ،امکان دانلود اموزش pdf را هم مبذول بفرمایید،با سپاس و امتنان

    • تیم نماتک ۱۳۹۷/۰۸/۰۳ در ۰۱:۰۸ - پاسخ دادن

      سلام
      امیدواریم که با همراهی شما دوستان و همراهان عزیز در این مسیر روز به روز بهتر و بیشتر بتوانیم فعالیت کنیم.

  2. سعید ۱۳۹۷/۰۷/۳۰ در ۲۲:۵۶ - پاسخ دادن

    خیلی عالی هست,چند روزی بود دنبال فیلمی بودم که درباره ی ترموکوپل ها و… توضیح بده,اما به جای فیلم فقط جزوه پیدا میکروم که وقت نمیکردم بخونمشون اما با این فیلم حرفی برای گفتن نمیمونه

    • تیم نماتک ۱۳۹۷/۰۸/۰۲ در ۰۰:۰۴ - پاسخ دادن

      سلام سعید جان
      خیلی مسروریم از رضایتی که شما داری!

ثبت ديدگاه

در کمتر از 20 ثانیه عضو شوید و بیش از 100 آموزش رایگان در اختیار شماست.
ویدئوها را برایم بفرست
ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی بیزاریم.
Close