ما در این مقاله شما را با آشکارسازهای دمای مقاومتی (Resistance Temperature Detector) که معمولا RTD نیز گقته می شود آشنا می کنیم.
ما در مورد نحوه عملکرد RTD و نحوه استفاده از آن در صنعت برای اندازه گیری دما بحث خواهیم کرد. ما همچنین تعمیر و نگهداری منظم، کالیبراسیون و عیب یابی مدارهای RTD را بررسی خواهیم کرد.
یک RTD چگونه کار می کند؟
اجازه بدهید مبحث را با این موضوع که یک RTD چگونه کار می کند؟ شروع کنیم.
یک RTD عنصر مقاومتی غیرفعال (پسیو) است که از یک فلز ساخته شده است و مقاومت آن با تغییر دما تغییر می کند. اگر دما افزایش یابد، مقاومت RTD نیز افزایش می یابد.
ویدئوی مربوط به این پست در مرکز تحقیقات موسسه موتور درایو ترجمه و زیرنویس شده است که در ادامه مشاهده می کنید.
RTD ها با چندین مقدار مقاومت نامی مختلف در دمای مشخص ساخته می شوند. به عنوان مثال، یک PT00 RTD که از پلاتین ساخته شده است و دارای مقاومت اسمی 100 اهم در دمای صفر درجه سانتیگراد می باشد.
عنصر اصلی RTD معمولا در یک پوشش محافظ قرار می گیرد.
بنابراین، اگر مقاومت یک Pt100 RTD را اندازه گیری کنیم، قادر خواهیم بود دمای اطراف آن را تعیین کنیم. در صنعت اینگونه انجام نمی شود.
از RTD ها چگونه استفاده می شود؟
در عمده کاربری ها، برای تعیین دما یک جریان از داخل RTD عبور داده می شود.
توسط ولتاژ حاصل از آن جریان، می توان با استفاده از قانون اهم مقاومت RTD را تعیین کرد. در ادامه این مقاله در مورد چگونگی ایجاد ولتاژ و نحوه استفاده از آن برای تعیین دما بحث خواهیم کرد.
تجهیزات دیگری نظیر ترموکوپل و ترمیستور نیز برای اندازه گیری دما استفاده می شوند.
چه چیزی RTD را به انتخاب خوبی برای اندازه گیری دما تبدیل کرده است؟
مقاومت تقریباً به صورت خطی با تغییر دما تغییر می کند. یک محدوده خطی بسیار خوب برای RTD نوع PT100 از صفر تا 400 درجه سانتیگراد است.
رابطه بین دما و مقاومت یک RTD به عنوان ضریب دما (آلفا) نامیده می شود. آلفای یک PT100 RTD عدد 0.00385 ohms/ohm بر درجه سانتیگراد است.
ما می‌توانیم این را خلاصه کنیم تا نسبت مقاومت 0.385 Ω/°C را بدست آوریم.
دمای ℃200 مفروض است، مقدار مقاومت RTD PT100 برابر است با
(200 ℃ × 0.385 Ω / ℃) + 100 Ω = 177 Ω.
این همان چیزی است که از نمودار نیز می توانیم ببینیم.
روش های آشکارسازی مقاومت RTD
خوب… بیایید به نحوه تشخیص مقاومت RTD در کاربردهای صنعتی نگاه کنیم. قبلاً بیان کردیم که یک جریان از یک RTD عبور می کند و ولتاژ حاصل را اندازه گیری می کنیم تا دما را تعیین کنیم.
پل واتستون (Wheatstone bridge)
پل وتستون احتمالاً در گذشته متداول ترین روش مورد استفاده بود. اما، دیگر چندان رایج نیست. ما روش های دیگر را هم مورد بحث قرار خواهیم داد، اما ابتدا بیاید به پل وتستون نگاهی بیاندازیم.
بیایید فرض کنیم تمام مقاومت های پل وتستون دقیقا 100 اهم هستند. در دمای صفر درجه سانتیگراد، مقدار ولتاژ V دقیقاً 0 ولت خواهد بود.
اگر دما تغییر کند، مقاومت PT100 تغییر می کند و مقدار ولتاژ V نیز تغییر می کند. بنابراین، مقدار ولتاژ V نشان دهنده دما در RTD است.
همانطور که می توانید تصور کنید، فاصله بین RTD و پل به دلیل اضافه شدن مقاومت سیم های اتصال به یک مسئله تبدیل می شود. هر گونه افزایش مقاومت، باعث ایجاد خطا در اندازه گیری مقاومت خواهد شد.
رانش و تغییر در ولتاژ منبع تغذیه نیز مشکل زا است چون بر ولتاژ V تاثیر گذار می باشد.
منبع جریان ثابت (تثبیت شده)
خوب بیایید به یک روش بهتر آشکارسازی مقاومت RTD نگاهی بیاندازیم.
روش منبع جریان ثابت بسیار محبوب است. ولتاژ V مستقیما با مقدار مقاومت Pt100 و جریان ثابتی که از آن عبور می کند مرتبط است.
تغییر در مقاومت سیمهای رابط بر مقدار ولتاژ V تاثیرگذار نیست چونکه بر جریانی که از RTD عبور می کند تاثیری ندارد.
RTD دو ، 3 و 4 سیمه
تا کنون ما فقط در مورد RTD دو سیم صحبت کرده ایم. شما به ندرت شاهد استفاده از RTD دو سیم در یک کاربری صنعتی خواهید بود زیرا مشکلات ذاتی آن در تشخیص مقاومت وجود دارد.
RTD های 3 سیم و 4 سیم استانداردهای صنعتی هستند زیرا مشکلات مربوط به مقاومت سیمهای اتصال در آنها حل شده است.
داشتن یک RTD سه سیم متصل به پل وتستون، مشکل مقاومت سیم های اتصال را از بین می برد.
احتمالا بهترین و دقیق ترین اندازه گیری دما با استفاده از یک RTD چهار سیمه متصل به فرستنده منبع جریان ثابت انجام می شود.
چگونه از RTD های 4 سیم استفاده می شود؟
جریان فرستنده (ترانسمیتر) تحت تأثیر طول سیم اتصال قرار نمی گیرد. ولتاژ حاصل از جریان ثابت و دمای RTD توسط فرستنده تشخیص داده می شود.
ترانسمیتر یا فرستنده این ولتاژ شناسایی شده را به سیگنال مناسب تبدیل می کند و سیگنال مربوطه را به یک ابزار گیرنده مانند PLC می فرستد.
حفاظت RTD
همانطور که می توانید تصور کنید، قرار دادن مستقیم RTD در معرض هر فرآیند دمایی که می خواهیم اندازه گیری کنیم، عملی نیست. و به احتمال زیاد، شرایط محیطیهمیشه نرم و دوستانه نیست.
یک RTD نیاز به محافظت دارد. اتصالات الکتریکی برای اتصال سیم های RTD به فرستنده (ترانسمیتر) استفاده می شود. سر اتصال نیز از شرایط محیطی نامطلوب محافظت می کند.
حفاظت بیشتر با قرار دادن غلاف RTD در یک ترموول که به طور دائم در یک لوله یا یک مخزن قرار دارد، فراهم می شود. ترموول از قرار گرفتن RTD در معرض سیالات فرآیندی که بالقوه آسیب رسان هستند، محافظت می کند.
RTD را می توان بدون وقفه در فرآیند به راحتی از ترموول خارج کرد.
ترموول ها مشکلاتتی مانند تاخیر در تشخیص تغییرات دمای فرآیند را ایجاد می کنند.
قرار دادن ترموول نیز یک نکته مهم است. سوالاتی مطرح می شود از جمله اینکه ترموول را در کجای لوله یا ظرف قرار دهیم و اینکه طول ترموول چقدر باشد کافی است؟
اجازه دهید به طور خلاصه در مورد تعمیر و نگهداری مدار RTD و عیب یابی آن صحبت کنیم.
نگهداری و عیب یابی RTD
مانند هر ابزار یا سنسوری در یک محیط صنعتی، مشکلات ناشی از خوردگی، رطوبت و اتصالات بد ایجاد می شود. هر یک از این شرایط باعث می شود که قرائت دما در دستگاه گیرنده غیرعادی یا نامنظم به نظر برسد.
البته، RTD معیوب باعث ایجاد مشکلاتی نیز می شود.
شما می توانید با جداسازی RTD و اتصال یک اهم متر به آن، یک آزمایش بسیار سریع و ساده انجام دهید. در اهم متر متصل به RTD یک مقدار مقاومت محدود تقریباً 110 اهم تا 115 اهم را بسته به دمای محیط قرائت می کنید.
بهترین راه برای جداسازی و یافتن دلیل اصلی مشکل استفاده از کالیبراتور فرآیند برای جایگزینی RTD در مدار اندازه گیری است.
کالیبراتور فرآیند می تواند RTD را با تولید یک مقاومت و اعمال آن مقاومت به فرستنده (ترانسمیتر) شبیه سازی کند. در تصویر ما، اگر HMI دمای مورد انتظار را نشان دهد، مشکل از RTD است.
اگر می خواهید در مورد کالیبراتورهای فرآیندی بیشتر بدانید، مقاله ما را به نام کالیبراتور ابزار چیست بررسی کنید؟
خلاصه
خوب، بیایید آنچه را که در این مقاله پوشش داده ایم مرور کنیم…
– RTD یک دستگاه مقاومتی غیرفعال است که از فلز ساخته شده است که با تغییر دما مقاومت را تغییر می دهد.
– مقاومت RTD تقریباً به صورت خطی با تغییر دما تغییر می کند.
– پل وتستون اولین مدار تشخیصی بود که با RTD ها استفاده شد.
– RTD ها در پیکربندی های 2، 3 و 4 سیمی موجود هستند.
– فرستنده منبع جریان ثابت متصل به یک RTD 4 سیم در صنعت بسیار رایج است.
– یک RTD در یک ترموول که به طور دائم در یک لوله یا یک مخزن قرار دارد قرار می گیرد.
– بهترین راه برای بررسی مدار دما، استفاده از کالیبراتور فرآیند برای جایگزینی RTD است.
مرجع
RTD Installation & Maintenance 101: A Beginner’s Guide
www.realpars.com
بدون دیدگاه