مبانی ترموکوپل ها و RTD
ترموکوپل ها
ترموکوپل چیست؟
ترموکوپل ها حسگر دما هستند. آنها طبق این اصل عمل می کنند که اتصال دو فلز متفاوت (تشکیل مدار بسته) هنگامی که دو انتهای ترموکوپل در دماهای مختلف قرار داشته باشند ، ولتاژ قابل اندازه گیری (نیروی الکتروموتور) تولید می کند (شکل 1).
از آنجا که ترموکوپل ها از ساخت و ساز ساده برخوردار بوده و از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار هستند ، از آنها به عنوان حسگر درجه حرارت صنعتی در طیف گسترده ای از زمینه ها استفاده می شوند. علاوه بر این ، اتصال یک ابزار اندازه گیری (ضبط کننده ها ، DCS ، PLC و غیره) به یک انتهای یک مدار اجازه می دهد تا اختلاف پتانسیل (نیروی الکترومغناطیسی) را اندازه گیری کنید (شکل 2 را ببینید).
انواع مختلفی از ترموکوپل ها برای اندازه گیری دامنه متفاوت دما وجود دارد. انواع معمول استفاده شده با خصوصیات برتر توسط استاندارد های JIS ، IEC و دیگران استاندارد شده است. در زیر انواع معمولی ترموکوپل (که معمولاً توسط نمادها ارائه می شود) و ویژگی های آنها (مزایا و معایب) خلاصه می شود.
مزایا و معایب ترموکوپل
یک ترموکوپل از حداقل دو فلز تشکیل شده است که به یکدیگر وصل می شوند تا دو اتصال را تشکیل دهند. یکی به بدن متصل است که دمای آن باید اندازه گیری شود. این محل اتصال گرم یا اندازه گیری است. اتصال دیگر به بدن با درجه حرارت شناخته شده متصل است. این اتصال سرد یا مرجع است. بنابراین ترموکوپل دمای ناشناخته بدن را با توجه به دمای شناخته شده بدن دیگر اندازه گیری می کند.
اصل کار
اصل کار ترموکوپل بر اساس سه اثر است که توسط Seebeck ، Peltier و Thomson کشف شده است. آنها به شرح زیر است:
-
اثر Seebeck: اثر Seebeck بیان می کند که وقتی دو فلز متفاوت یا بر خلاف آن در دو اتصال متصل می شوند ، یک نیروی الکتروموتور (emf) در دو محل اتصال ایجاد می شود. مقدار emf تولید شده برای ترکیبات مختلف فلزات متفاوت است.
-
2) اثر Peltier: مطابق اثر Peltier ، هنگامی که دو فلز متفاوت به یکدیگر وصل می شوند تا دو اتصال را تشکیل دهند ، emf به دلیل اختلاف دمای مختلف دو اتصال مدار در مدار ایجاد می شود.
-
3) اثر تامسون: مطابق اثر تامسون ، هنگامی که دو فلز بر خلاف یکدیگر جمع می شوند و دو اتصال را تشکیل می دهند ، به دلیل گرادیان دما در طول کل رسانا های درون مدار ، پتانسیل در مدار وجود دارد. در بیشتر موارد emf پیشنهاد شده توسط اثر تامسون بسیار اندک است و می توان با انتخاب صحیح فلزات از آن غافل شد. اثر Peltier نقش اساسی در اصل کار ترموکوپل دارد.
ترموکوپل: چگونه کار می کند
مدار کلی برای کار ترموکوپل در شکل نشان داده شده است. این ترکیب از دو فلز متفاوت ، A و B تشکیل شده است. اینها به یکدیگر متصل می شوند تا دو اتصالات P و Q را تشکیل دهند که به ترتیب در دمای T1 و T2 حفظ می شوند. به یاد داشته باشید که اگر دو اتصال وجود نداشته باشد ، ترموکوپل تشکیل نمی شود.
از آنجا که این دو اتصال در دماهای مختلف نگهداری می شوند ، emf Peltier در مدار ایجاد می شود و این عملکرد دما دو اتصال است. Thermoocuple Circuit اگر درجه حرارت هر دو محل اتصال یکسان باشد ، emf برابر و متضاد در هر دو اتصال ایجاد می شود و جریان خالص در جریان از محل اتصال صفر است.
اگر اتصالات در دماهای مختلف حفظ شود ، جریان نقره به صفر نمی رسد و یک جریان خالص در مدار جریان می یابد. کل emf که از طریق این مدار در جریان است بستگی به فلزات مورد استفاده در مدار و همچنین دمای دو اتصال دارد. می توان با استفاده از دستگاه مناسب ، مقدار کل جریان برق یا جریان موجود در مدار را به راحتی اندازه گرفت.
دستگاه اندازه گیری جریان یا emf در مدار ترموکوپل متصل است. به دلیل وجود اتصالات دو فلز متفاوت که در دماهای مختلف نگهداری می شوند ، میزان emf در جریان از مدار را اندازه گیری می کند. دو اتصال ترموکوپل و دستگاه مورد استفاده برای اندازه گیری emf (پتانسیومتر) نشان داده شده است.
اکنون دمای اتصالات مرجع مشخص شده است ، در حالی که دمای اتصالات اندازه گیری ناشناخته است. خروجی بدست آمده از مدار ترموکوپل مستقیماً در برابر درجه حرارت ناشناخته کالیبره می شود. بنابراین ولتاژ یا خروجی جریان به دست آمده از مدار ترموکوپل مقدار درجه حرارت ناشناخته را مستقیماً می دهد.
آشکارسازهای دما مقاومت
آشکارسازهای دما مقاومت چیست؟
آشکارسازهای دما (RTD) سنسور دما هستند. آنها براساس این اصل عمل می کنند که مقاومت یک فلز به نسبت دمای آن افزایش می یابد. RTD پلاتینیوم از پلاتین (Pt) برای عنصر سنجش دمای مقاومت استفاده می کند ، که دارای خصوصیات دمای خوبی است و خطی و پایدار است.
در بین انواع حسگرهای دما ، از RTD های پلاتینیوم با دقت بالا استفاده می شود. به طور خاص ، Pt100 (مقدار مقاومت در 0 درجه 100 اهم است) در سراسر جهان محبوب شده است. نیکل و مس نیز برای RTD استفاده می شود. ترمیستورها به عنوان مقاومت استفاده می شوند.
سه نوع روش سیم کشی در دسترس است: دو سیم ، سه سیم و چهار سیم.
علاوه بر این ، یک مدار اندازه گیری در طرف ابزار اندازه گیری بسته به هر تکنیک سیم کشی متفاوت است. شکل های زیر نشان داده شده است که اصول تکنیک سه سیم را که اغلب در اندازه گیری صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند ، و روش چهار سیم مورد استفاده برای اندازه گیری های دقیق را توضیح می دهد.
الف) اصل تکنیک سه سیم
مقاومت سرب r1 و r2 کاملاً مطابقت دارد و بنابراین در یک مدار پل لغو می شود. بنابراین ، مقاومت در برابر سه سیم پایین و یکنواخت به شما امکان می دهد اندازه گیری دما را با کمی خطا انجام دهید ، حتی اگر جریان بین Rt و ابزار اندازه گیری طولانی تر شود.
ب) اصل روش چهار سیم
جریان ثابت از r1 و r4 عبور می کند ، و ولتاژ در پایانه های RTD اندازه گیری می شود ، که از تأثیر مقاومت سرب در اندازه گیری شما عاری است. بنابراین ، این سیستم اندازه گیری دقیق دما را امکان پذیر می کند. اگر RTD از تکنیک چهار سیم به یک ابزار اندازه گیری تکنیک سه سیم متصل شود ، غیرفعال کردن یکی از مسیرهای RTD در تکنیک چهار سیم ، پیکربندی ساده ای برای اندازه گیری دما ارائه می دهد. در این حالت ، حفظ مقاومت در برابر سه سرب کم و یکنواخت به همان روش و روش سه سیم مورد نیاز است. سرب استفاده نشده باید خاتمه یابد (از عایق) برای جلوگیری از اثر سر و صدای و دیگران.
