RTD温度計回路の作成

この投稿では、RTD温度計回路の作成について学び、さまざまなRTDとその動作原理について式を通じて学びます。

RTDとは

RTDまたは測温抵抗体は、センサー金属が熱にさらされたときの抵抗の差または増加を検出することによって機能します。

熱に正比例する要素の温度のこの変化は、適用された温度レベルの直接の読み取りを提供します。

この記事では、rtdsのしくみと、自家製のRTDデバイスを使用して簡単な高温センサー回路を作成する方法について説明します。

通常の「ヒーターコイル」または「鉄」要素を加熱することにより、さまざまな抵抗値の形で直接読み取ることができます。

抵抗は、さらされた熱に直接相当し、加えられた熱に対応し、通常のデジタルオームメーターで測定可能になります。もっと詳しく知る。

RTD温度計のしくみ

すべての金属には、この基本的な特性が共通しています。つまり、熱や温度の上昇に応じて、抵抗やコンダクタンスの程度が変化します。金属の抵抗は、加熱されるにつれて増加し、その逆も同様です。金属のこの特性はRTDで利用されます。

金属の抵抗の上記の変化は明らかに電流に関連しており、電流が何らかの温度変化にさらされる金属を通過する場合、印加された電流に対応するレベルの抵抗を提供することを意味します。

したがって、電流は金属の抵抗の変化に比例して変化し、電流出力のこの変化は適切に校正されたメーターで直接読み取られます。これは基本的にRTD温度計が熱センサーまたはトランスデューサーとして機能する方法です。

RTDは通常100オームで指定されます。これは、要素が摂氏0度で100オームの抵抗を示す必要があることを意味します。

RTDは、化学物質に対する不活性、温度対抵抗勾配に対する優れた線形応答、広い抵抗温度係数、より広い範囲の測定、および安定性（温度を保持して制限する能力）などの優れた金属特性により、一般に貴金属プラチナで構成されます。急変）。

RTDの主要部分

上の単純なRTD温度計の図は、標準のRTDデバイスの基本設計を示しています。これは、次の主要コンポーネントで構成される単純なタイプの熱変換器です。

ガラスや金属などの耐熱材料で構成され、外部で密閉された外部エンクロージャ。

上記のケーシングは、熱検出要素として使用される細い金属線を囲んでいます。

エレメントは、トランスデューサーまたは密閉された金属エレメントの電流源として機能する2本の外部フレキシブルワイヤーで終端されています。

ワイヤーエレメントはエンクロージャー内に正確に設定されているため、エンクロージャーの全長に比例して広がります。

抵抗率とは

RTDの基本的な動作原理は、ほとんどの導体が、さまざまな温度にさらされたときに、基本的な特性（コンダクタンスまたは抵抗）に線形変化を示すという事実に基づいています。

正確には、温度の変化に応じて大幅に変化するのは金属の抵抗率です。

適用された温度変化に対応する金属の抵抗率のこの変化は、抵抗温度係数またはアルファと呼ばれ、次の式で表されます。

alpha = d（rho）/ dT = dR / dTオーム/ oC（1）

ここで、rhoは使用される要素またはワイヤー金属の抵抗率であり、Rは指定された構成でのオーム単位の抵抗です。

抵抗率の計算方法

上記の式は、次の式で与えられるRの一般式を通じて、未知のシステムの温度を決定するためにさらに適用できます。

R = R（0）+ alpha（0度+ Tx）。ここで、R（0）は摂氏0度でのセンサーの抵抗であり、Txは要素の温度です。

上記の式は、簡略化して次のように書くことができます。

Tx = {R – R（0）} / alphaしたがって、R = R（0）の場合、Txは= 0℃、またはR> R（0）の場合、Tx> 0℃ですが、R> R（0 ）、Tx<0 degree Celsius.

RTDを使用しながら信頼性の高い結果を得るには、適用される温度を検出素子の全長に均一に分散させる必要があります。そうしないと、出力の読み取り値が不正確で一貫性がなくなる可能性があります。

RTDの種類

上記の条件は、2線式の基本的なRTDの機能に言及していますが、多くの実際的な制約のため、2線式RTDは決して正確ではありません。
デバイスをより正確にするために、ホイートストンブリッジの形で追加の回路が通常組み込まれています。
これらのRTDは、3線式と4線式に分類できます。

3線式RTD：この図は、一般的な3線式RTD接続を示しています。ここで、測定電流はL1とL3を流れますが、L3は潜在的なリードの1つと同じように動作します。

ブリッジが平衡状態にある限り、L2に電流は流れませんが、L1とL3はホイートストンネットワークの別々のアームにあるため、抵抗は無効になり、Eo全体で高インピーダンスになり、L2とL3の間の抵抗も保持されます。同じ値で。

このパラメーターは、センサーから受信回路まで終端される最大100メートルのワイヤーの使用を保証し、それでも精度を許容レベルの5％以内に保ちます。

4線式RTD：4線式RTDは、実際のrtdがモニターディスプレイから遠く離れた場所に配置されている場合でも、正確な結果を生成するためのおそらく最も効率的な手法です。

この方法では、すべてのリード線の不一致をキャンセルして、非常に正確な読み取り値を生成します。動作原理は、RTDに定電流を供給し、高インピーダンス測定装置を介してRTDの両端の電圧を測定することに基づいています。

この方法では、ブリッジネットワークを含める必要がなく、信頼性の高い出力が得られます。この図は、典型的な4線式RTD配線レイアウトを示しています。ここでは、適切なソースから得られた正確な寸法の定電流がL1、L4、およびRTDを介して適用されます。

比例結果は、L2およびL3を介してRTD全体で直接利用可能になり、検出要素からの距離に関係なく、高インピーダンスDVMで測定できます。ここで、ワイヤの抵抗であるL1、L2、L3、およびL4は、実際の読み取り値に影響を与えない重要でない値になります。

自家製RTD高温センサーの作り方

高温センサーユニットは、ヒーターコイルや「鉄」エレメントなどの通常の「ヒーターエレメント」を使用して設計できます。動作原理は上記の議論に基づいています。

接続は単純で、次の図に示すように構築する必要があります。