Detectores De la Temperatura De la Resistencia: Teoría y estándares

Con estas pautas generales a la función básica, al funcionamiento, y a los estándares reconocidos para RTD's, cualquier persona puede especificar el dispositivo derecho para la aplicación.

Fijar las especificaciones para cualquier sensor o instrumento puede ser un proceso difícil, y RTD's (detectores de la temperatura de la resistencia) no son ninguna anomalía. Nadie se pueden esperar para ser un experto en todos los campos, y franco, nadie necesidades de ser. Con estas guías de consulta generales de RTD, junto con un poco sentido común e información de fondo sobre la aplicación, usted detallará con éxito las especificaciones de un RTD que satisfaga sus requisitos.

TEORÍA DE LA OPERACIÓN

Una característica física básica de un metal es que su resistencia eléctrica cambia con temperatura. Todos los RTD's se basan en este principio. El corazón del RTD es el elemento de la resistencia. Varias variedades de alambre-herida semi-utilizada utilizaron completamente el cristal bifilar de la herida, y los elementos del tipo de la película fina se muestran aquí.

Algunos metales tienen un cambio muy fiable de la resistencia para un cambio de la temperatura dado; éstos son los metales que se eligen lo más comúnmente posible para fabricar un RTD. Un resistor de la precisión se hace a partir del uno de estos metales a un valor óhmico nominal en una temperatura especificada. Midiendo su resistencia en una cierta temperatura desconocida y comparando este valor al valor nominal del resistor, el cambio en resistencia es determinado. Porque la temperatura contra características de la resistencia también se sabe, el cambio en temperatura de la punta especificada inicialmente puede ser calculado. Ahora tenemos un sensor de temperatura práctico, a que en su forma descubierta (el resistor) se refiere comúnmente como elemento de la resistencia.

Con años de la experiencia, las características de varios metales y sus aleaciones se han aprendido, y su temperatura contra lazos de la resistencia está disponible en vectores del look-up. Para algunos tipos de RTD's, hay también las ecuaciones que le dan la temperatura de una resistencia dada. Esta información ha permitido para que los fabricantes del instrumento proporcionen a la lectura estándar y controlen los dispositivos que son compatibles con algunos de los tipos más extensamente validados de RTD's.

ESPECIFICACIONES DE RTD

Ocho parámetros salientes se deben tratar para que cada aplicación de RTD asegure el funcionamiento deseado. Muchos serán especificados por el fabricante del instrumento con el cual el RTD será conectado. Si es un circuito de encargo o una aplicación especial del OEM, los diseñadores deben tomar todas las decisiones. Las cuatro especificaciones dictaron por la instrumentación o el trazado de circuito es: material del sensor, coeficiente de la temperatura, resistencia nominal, y, a un cierto fragmento, atando con alambre la configuración. El material del sensor varios metales es absolutamente común para el uso en RTD's, y la pureza del metal así como la construcción del elemento afecta sus características. El platino es en gran medida el más popular debido a sus linearidades cercanas con temperatura, el rango de operación de la temperatura amplia, y la estabilidad a largo plazo superior. Otros materiales son níquel, cobre, balco (una aleación del hierro-níquel), tungsteno, e iridio. La mayoría de éstos se están substituyendo por los sensores del platino, que están llegando a ser más competitivos en precio con el uso amplio fina parecida a la película de la resistencia.

El coeficiente de la temperatura (TC), o la alfa de un RTD es una característica física y eléctrica de la aleación del metal y del método por los cuales el elemento fue fabricado. La alfa describe el cambio medio de la resistencia por temperatura de la unidad de la punta del hielo a la punta que hierve del agua. Las varias organizaciones han adoptado un número de diversos TC's como sus estándares (véase " los estándares del coeficiente de la temperatura ").

Resistencia Nominal

La resistencia nominal es el valor especificado primero de la resistencia en una temperatura dada. La mayoría de los estándares, incluyendo IEC-751, utilizan como su punta de referencia porque es fácil reproducirse. La Comisión electrotécnica internacional (IEC) especifica el estándar basado en 100,00 ohmios en 0°C, pero la otra resistencia nominal es absolutamente común. Entre las ventajas que la tecnología de la película fina ha traído a la industria están los elementos pequeños, económicos con la resistencia nominal de 500, de 1000, y de 2000 ohmios uniformes.

Configuración Del Cableado

La configuración del cableado es el último de esos parámetros especificados típicamente por el fabricante del instrumento, aunque el diseñador de sistema tiene cierto control basado en la aplicación. Un RTD es intrínsecamente un dispositivo de dos hilos, pero la resistencia del alambre del terminal de componente puede reducir drástico la exactitud de la medida agregando adicional, uncompensated resistencia en su sistema. La mayoría de las aplicaciones por lo tanto agregan un tercer alambre para ayudar al circuito para compensar para la resistencia del alambre del terminal de componente, y proporcionan así a una indicación más verdadera de la temperatura medida.

RTD's de cuatro cables proporcionan a una remuneración levemente mejor, pero se encuentran generalmente solamente en el equipo del laboratorio y otras áreas donde se requiere la alta exactitud. Cuando está utilizado conjuntamente con un instrumento 3-wire, un 4-wire RTD no proporcionará a ninguna exactitud mejor. Si el cuarto alambre no está conectado, el dispositivo es solamente tan bueno como el RTD 3-wire; si el cuarto alambre está conectado, los nuevos errores serán introducidos. Conectar un RTD 3-wire con un instrumento 4-wire puede causar errores o simplemente no el trabajo serios en todos, dependiendo del trazado de circuito del instrumento. Un RTD de dos hilos se puede utilizar con 3 o 4 - ate con alambre el instrumento saltando las terminales apropiadas, aunque esto derrota el propósito y reintroduce la resistencia compensada un de los terminales de componente. Para conseguir el funcionamiento óptimo, es generalmente la mejor especificar el RTD según las recomendaciones del fabricante del instrumento.

Dos otros parámetros son más dependiente de la aplicación;

la gama de temperaturas de la aplicación; y,

la exactitud.

Según el ASTM, el platino RTD's puede medir temperaturas de -200°C a 650°C. (el IEC dice -200°C a 850°C).
Usted debe considerar las limitaciones de la temperatura de todos los materiales implicados, donde se aplican, y de las temperaturas a las cuales cada uno será expuesta.

Algunos ejemplos rápidos para ilustrar esta punta:

El Teflon de TFE no se debe utilizar para el aislante del alambre si es expuesto a las temperaturas sobre 200°C (250°C para alguno).

Los sellos a prueba de humedad se hacen comúnmente con los varios tipos de de epoxy que tengan generalmente límites debajo de el del aislante del Teflon.

Muchos atan con alambre los materiales aisladores llegan a ser quebradizos en las temperaturas bajo cero y por lo tanto no se deben utilizar para el trabajo criogénico.

Indique tan la derecha prevista de gama de temperaturas encima del frente y deje al ingeniero de aplicaciones asistirle, especialmente puesto que puede afectar los materiales elegidos para la construcción interna de la punta de prueba.

Exactitud

Usted se está preguntando probablemente porqué la exactitud no era el primer asunto cubrió, porque RTD's se saben generalmente para su alto grado de exactitud y es típicamente uno de las primeras especificaciones presentadas. Bien, el tema no es absolutamente ése simple, y requiere un poco discusión. Primero, debemos establecer la diferencia entre la exactitud, la precisión, y la capacidad de repetición. En el caso de la temperatura, la exactitud se define comúnmente como cómo el sensor indica de cerca la temperatura verdadera que es medida, o en un sentido más práctico, cómo la resistencia del RTD corresponde con de cerca la resistencia tabulada o calculada de ese tipo RTD en esa temperatura dada.

La precisión, por otra parte, no se refiere a cómo está bien la resistencia de RTD's corresponde con la resistencia de un vector del look-up, pero algo con cómo está bien corresponde con la resistencia del otro RTD's sujetado a esa temperatura. La precisión refiere generalmente a un grupo de sensores, y si el grupo tiene buena precisión en varias temperaturas, podemos también decir que están correspondidos con bien. Esto es importante cuando la capacidad de intercambio es una preocupación, así como en la medida de los gradientes de la temperatura. La capacidad de repetición se puede describir lo más mejor posible como la capacidad del sensor de reproducir sus lecturas anteriores en una temperatura dada.
Aquí está un ejemplo. Una lectura de la punta del hielo se hace con un RTD que entonces se utilice para tomar lecturas en 100°C, 150°C, 37°C, y otra vez en 0°C.

Una comparación del primera y las lecturas pasadas de la punta del hielo le darán una indicación de la capacidad de repetición del sensor bajo esas condiciones. Una nota de la precaución, al menos: una capacidad de repetición de RTD's es muy aplicación-dependiente. Tan cuando usted le consigue la llanura derecha, la exactitud sin la capacidad de repetición es sin valor. Si usted comienza con un sensor que sea ±0.03°C en 0°C pero se encuentra para tener capacidad de repetición solamente alrededor del ± 0. 5°C, qué usted tiene es un sensor que lecturas son menos confiables lejano que una punta de prueba de la estándar-exactitud con la buena capacidad de repetición. Un RTD high-accuracy instalado en una aplicación del campo también no se asegura de que usted conseguirá una señal altamente exacta detrás en la sala de mando.
La mayoría 4-20 transmisores de mA y muchas unidades y reguladores de visualización tienen controles ajustables de cero y del palmo que si están ajustados incorrectamente destruyan la alta exactitud de la señal de RTD.

La mejor solución para las aplicaciones de este tipo es tener el RTD y el transmisor, o visualización, o lo que, calibrada como unidad por certificado un calibrat

Afortunadamente, los requisitos para este grado de la mejor solución de la exactitud para las aplicaciones de este tipo son pocos y lejos en medio. Para más en este tema vea, los estándares de la exactitud.

Nuestros dos parámetros finales son aplicación dependiente y varían de la especificación de un elemento descubierto de la resistencia a un ensamblaje industrial grande con los thermowells, las pistas de la conexión, y posiblemente el campo - transmisores montados. Discutiremos solamente los campos más fundamentales: dimensiones físicas y restricciones de la talla, y compatibilidad material.

Dimensiones y talla

Las dimensiones físicas y los requisitos de la talla pueden ser más complicados que usted puede ser que piense. En el extremo inferior, un elemento de la resistencia que se utilizará en la construcción de un RTD forrado requiere generalmente solamente que el elemento es bastante pequeño caber en la identificación deseada de la envoltura. Para los elementos cilíndricos, tales como unidades de la alambre-herida, esto es obvio-apenas no se olvida de tener en cuenta el espesor de pared de la envoltura. Elementos parecidos a la película finos, debemos solicitar el teorema de Pythagorean; necesitamos saber la anchura del elemento, W, y el espesor del elemento en su punta más grande, t. entonces la identificación del mínimo de la envoltura será dado cerca; > de la identificación; (w2 + t2).

Cuándo comenzamos a discutir puntas de prueba de RTD y los ensamblajes, el tema llega a ser más exigente. Necesitamos examinar el arreglo del montaje: será utilizado para la inmersión directa o con un thermowell? O será algo especial, como un sensor expuesto del montaje de la punta de prueba o de la superficie de la circulación de aire? Los diseños de la punta de prueba son sin fin en sus configuraciones, y se parece que la mayoría del

En muchas aplicaciones, la punta de prueba se sumerge en un recipiente pequeño o un sistema aflautado. Las dimensiones aquí se limitan generalmente al diámetro del sensor (que afecta tiempo de reacción); profundidad de inmersión en el líquido; y el arreglo del montaje, es decir, el sensor será atornillado en un acceso roscado, típicamente con las cuerdas de rosca afiladas ANSI, o será utilizado en la conjunción con un sello flúido ya en lugar? O algunas otras consideraciones especiales necesitarán ser hechas? Puede haber otras variables, tales como limitaciones de la presión o alto flujo, dependiendo de la complejidad de la aplicación. Es siempre la mejor mirar el cuadro entero y después discutirlo con su ingeniero de aplicaciones.

Thermowells se utiliza generalmente para recipientes más grandes y los sistemas de modo que el sistema no tenga que ser drenado en el acontecimiento el sensor requieren la calibración o cambiar. Si se asume que el thermowell se ha especificado ya, nosotros necesitan especificar solamente el diámetro de la punta de prueba (típicamente ¼ adentro. Od para los 0,260 receptores de papel del alesaje del pulg.), la profundidad del alesaje del thermowell,

La mayoría de la gente que especifica puntas de prueba de RTD tiene que prestar la atención solamente a la compatibilidad química que prevendrá la corrosión. Esto es generalmente directo y las guías de consulta se pueden tomar de otros materiales usados en el sistema en el cual el RTD será instalado. Si el sistema aflautado se construye de 316 S.S., entonces la punta de prueba probablemente debe estar también. Pero controle siempre una guía de la corrosión para saber si hay tarifas de la corrosión y recomendaciones materiales si usted tiene la duda más leve.

Para las aplicaciones que implican thermowells, el thermowell llevará la carga de la protección de corrosión. Sin embargo, sea seguro proteger los alambres que conectan y cualesquiera terminales o enchufe contra la corrosión posible causada por el chapoteo o los corrosivos en la atmósfera.

RESUMEN

Hay bastantes cosas que se considerarán al especificar una punta de prueba de RTD o aún elementos de la resistencia. Pero es justa una cuestión de aplicar un poco sentido común y de usar la información del ambiente de la aplicación para establecer un conjunto claro de requisitos. Y si hay algo que usted es incierto alrededor, que consigue su información de fondo junta y llame a ese ingeniero de aplicaciones. No podemos todos ser expertos en todo.

Reimpreso de los SENSORES, octubre de 1995 - el © 1995 del copyright por St. de la concordia de Helmers Publishing, Inc. 174, Peterborough, NH 03458 - todo endereza reservado.

(ASTM) Sociedad americana para probar el ® de la Comisión electrotécnica internacional de Materials® (IEC) EL AUTOR