سنسور RTD چهار سیمه یکی از دقیق‌ترین روش‌های اندازه‌گیری دما در فرآیندهای صنعتی و آزمایشگاهی است که به دلیل پیکربندی منحصر بفرد خود به دلیل قابلیت جبران مقاومت سیم‌ها، بالاترین دقت را ارائه می‌دهد. این مقاله به بررسی ساختار، عملکرد و مزایای استفاده از سنسور RTD چهار سیمه می‌پردازد.
ساختار سنسور RTD چهار سیمه
یک سنسور RTD معمولاً از یک عنصر مقاومتی (مانند پلاتین)، محفظه محافظ و سیم‌های ارتباطی تشکیل شده است. در سنسورهای RTD چهار سیمه، چهار سیم برای اتصال به مدار اندازه‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرد که شامل دو سیم برای جریان و دو سیم برای اندازه‌گیری ولتاژ است. این پیکربندی به گونه‌ای طراحی شده است که تأثیر مقاومت سیم‌ها را به طور کامل حذف کند و در نتیجه دقت اندازه‌گیری افزایش یابد.
ما در این مقاله در رابطه با سنسور دما مقاومتی یا RTD چیست؟ به طور جزئی صحبت کرده ایم.
اجزای تشکیل‌دهنده RTD چهار سیمه:
- عنصر مقاومتی (سنسور اصلی): معمولاً از جنس پلاتین (Pt100 یا Pt1000) ساخته شده و دارای ضریب دمایی خطی بالایی است.
- سیم‌های ارتباطی: چهار سیم استاندارد که دو عدد برای عبور جریان و دو عدد برای اندازه‌گیری ولتاژ در دو سر عنصر RTD استفاده می‌شوند.
- محفظه حفاظتی: معمولاً از جنس استیل ضد زنگ ساخته شده تا از سنسور در برابر محیط‌های سخت صنعتی محافظت کند.
- اتصال الکتریکی: شامل ترمینال‌ها یا کانکتورهایی است که به تجهیزات اندازه‌گیری متصل می‌شوند.
خواندن این مقاله را از دست ندهید:سنسور PT1000(قیمت و خرید پی تی 1000)
نحوه عملکرد سنسور RTD چهار سیمه
عملکرد سنسور RTD چهار سیمه بر اساس قانون اهم و رابطه بین دما و مقاومت الکتریکی عنصر RTD است. روند اندازه‌گیری در این سنسور به صورت زیر است:
- اعمال جریان ثابت: یک منبع جریان ثابت به دو سیم ورودی RTD اعمال می‌شود. جریان عبوری از عنصر حسگر باعث ایجاد ولتاژ در آن می‌شود که متناسب با مقاومت دمایی است.
- اندازه‌گیری ولتاژ: دو سیم دیگر مستقیماً به دو سر عنصر RTD متصل شده و ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کنند. این ولتاژ با مقاومت RTD و در نهایت با دمای حسگر مرتبط است.
- حذف اثر مقاومت سیم‌ها: از آنجایی که ولتاژ دقیقاً در دو سر عنصر RTD اندازه‌گیری می‌شود، مقاومت سیم‌های رابط تأثیری بر مقدار ولتاژ اندازه‌گیری‌شده ندارد. این ویژگی باعث افزایش دقت نسبت به پیکربندی‌های دو سیمه و سه سیمه می‌شود.
- محاسبه دما: با استفاده از معادله استاندارد RTD (مانند معادله Callendar-Van Dusen برای RTD پلاتینی)، مقدار دما محاسبه می‌شود.
در صورت تمایل به خرید سنسور RTD و آشنایی با نکات مهم در انتخاب سنسور RTD حتما روی این متن کلیک کنید.
طراحی مدار اندازه‌گیری RTD چهار سیمه
برای اندازه‌گیری دقیق دمای RTD چهار سیمه، مدار اندازه‌گیری باید به گونه‌ای طراحی شود که تأثیر نویز، تغییرات دما و مقاومت سیم‌ها را به حداقل برساند. طراحی یک مدار دقیق شامل اجزای زیر است:
- منبع جریان ثابت: یک منبع جریان دقیق (معمولاً در محدوده 1 میلی‌آمپر) برای اعمال جریان پایدار به سنسور استفاده می‌شود.
- تقویت‌کننده تفاضلی: به منظور کاهش نویز و افزایش دقت، یک تقویت‌کننده تفاضلی برای اندازه‌گیری ولتاژ دو سر عنصر RTD مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC): برای پردازش داده‌های اندازه‌گیری‌شده، یک ADC با دقت بالا (معمولاً 24 بیت) به کار می‌رود.
- جبران‌سازی دما: برخی سیستم‌های پیشرفته از تکنیک‌های جبران‌سازی برای افزایش دقت اندازه‌گیری در محدوده دمایی گسترده استفاده می‌کنند.
اگر قصد خرید سنسور PT100 با قیمت رقابتی و مشاوره تخصصی پیش از خرید را دارید حتما کلیک کنید.
معادله استاندارد RTD
مقاومت سنسور RTD بر اساس رابطه زیر به دما مرتبط است:
R(T)=R0(1+AT+BT2+C(T−100)T3)R(T) = R_0 (1 + A T + B T^2 + C (T – 100) T^3)
که در آن:
- R(T)R(T) مقاومت در دمای T (بر حسب درجه سلسیوس) است.
- R0R_0 مقاومت در دمای صفر درجه سلسیوس (معمولاً 100 اهم برای Pt100) است.
- A,B,CA, B, C ضرایب مشخصه عنصر پلاتینی هستند.
کالیبراسیون سنسور RTD چهار سیمه
برای دستیابی به بالاترین دقت، سنسورهای RTD نیاز به کالیبراسیون دقیق دارند. روش‌های کالیبراسیون عبارتند از:
- کالیبراسیون در حمام دمایی مرجع: سنسور RTD در محیطی با دمای کاملاً کنترل‌شده قرار گرفته و با مقدار مرجع مقایسه می‌شود.
- استفاده از مقاومت‌های استاندارد: به‌جای استفاده از یک محیط دمایی، می‌توان از مقاومت‌های استاندارد برای بررسی دقت اندازه‌گیری سیستم استفاده کرد.
- جبران‌سازی نرم‌افزاری: برخی سیستم‌های اندازه‌گیری مدرن از جبران‌سازی نرم‌افزاری برای حذف خطاهای سیستماتیک استفاده می‌کنند.
ما در این مقاله روش های کالیبراسیون سنسور RTD به صورت جزئی توضیح داده ایم.
مزایای سنسور RTD چهار سیمه
- حذف کامل خطای مقاومت سیم‌ها: بر خلاف RTD دو سیمه که مقاومت سیم‌ها باعث ایجاد خطا در اندازه‌گیری می‌شود، در RTD چهار سیمه این مشکل کاملاً برطرف شده است.
- دقت بالا: به دلیل اندازه‌گیری مستقیم ولتاژ در دو سر عنصر حسگر، دقت اندازه‌گیری به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
- مناسب برای کاربردهای صنعتی حساس: در فرآیندهای صنعتی که نیاز به دقت بالا دارند (مانند آزمایشگاه‌ها، صنایع نفت و گاز و فرآیندهای دارویی)، استفاده از RTD چهار سیمه توصیه می‌شود.
- کاهش نویز و تأثیرات الکتریکی: در محیط‌هایی که نویز الکتریکی بالاست، این پیکربندی به کاهش نویز و افزایش پایداری اندازه‌گیری کمک می‌کند.
- پایداری بلندمدت: سنسورهای RTD چهار سیمه به دلیل ساختار دقیق‌تر، در درازمدت پایداری بیشتری دارند و نیاز به کالیبراسیون کمتری دارند.
لینک مفید:
مشاوره قبل از خرید
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با خرید محصولات می‌توانید با شماره تلفن‌های زیر تماس بگیرید: