Det modstandstermometer (Modstands termisk enhed eller RTD) er et instrument, der udnytter en egenskab, som objekter har - elektrisk modstand - til at måle temperaturen. Denne procedure er kendt som måling ved termomodstand.
Elektrisk modstand er en meget velegnet parameter, da den i mange tilfælde har tendens til at stige lineært med temperaturen. Det siges, at en bestemt egenskab X er termometrisk, det vil sige, den kan bruges til at måle temperaturen T, når forholdet mellem X og T er lineært:
X = k ∙ΔT
Hvor k er en konstant proportionalitet, der skal bestemmes.
En velkendt termometrisk egenskab er udvidelse af kviksølv ved opvarmning, der anvendes i et klinisk termometer. Andre termometre bruger gas, metalplader, der ekspanderer med stigende temperatur, modstand eller bruger en glødetråds lysstyrke, blandt andre egenskaber..
Det er praktisk at have denne række af muligheder, fordi temperatur er en af de mest karakteristiske størrelser i ethvert system, hvad enten det er biologisk eller livløst. Derfor er det størrelsen, der måles mest i industrielle processer, og for de områder, der håndteres i hver af dem, foretrækkes visse termometriske egenskaber frem for andre..
Artikelindeks
Modstandstermometre har følgende egenskaber:
-De er meget enkle at betjene. Sensorelementet består af en ledning lavet af metal, platin, nikkel, wolfram og kobber, der er mest brugt..
-De tilbyder en hurtig læsning.
-Høj nøjagtighed.
-Arbejd i en lang række temperaturer.
Materialerne til fremstilling af modstandstermometre er ledere, hvis modstand stiger næsten altid med temperaturen. Modstand og modstand er ikke synonymt, men de er nært beslægtede.
Det modstand Det er forholdet mellem det elektriske felt, der er skabt inde i materialet, når strømmen cirkulerer, og densiteten af strømmen. Det er derfor materialets egenskab.
For visse materialer kaldes ohmisk, forholdet mellem elektrisk felt og strømtæthed er lineært. Når temperaturen stiger, øger lederens ioner deres vibrationer og dermed modstanden mod strømens passage.
I stedet er modstand en egenskab for lederen, bestemt ikke kun af materialets modstand, men af geometrien: længde og tværsnitsareal.
Hvis tværsnittet holdes konstant, er forholdet mellem disse størrelser:
Enheden til elektrisk modstand i det internationale system er ohm (Ω), mens resistivitet kommer i Ω ∙ m, selvom det er almindeligt at finde Ω ∙ mm.
I metaller øges resistiviteten med temperaturen lineært:
ρ (T) = ρeller (1 + α ∙ ΔT)
Hvor ρ er materialets resistivitet ved en given temperatur, ρeller er resistiviteten ved referencetemperaturen, generelt 0 ° C eller 20 ° C, α er materialets termiske koefficient, og AT er temperaturvariationen.
Da modstanden afhænger af materialets resistivitet, er det korrekt, hvis temperaturforskellen ikke er særlig stor:
R (T) = Reller (1+ α ∙ ΔT)
Modstand er let at måle, og da forholdet til temperatur er lineært, er det en god termometrisk egenskab..
Det centrale element i modstandstermometeret er en metaltråd, der er viklet omkring en isoleringsholder, som regel lavet af glimmer, keramik eller glas. Det er lukket i et rør fyldt med isolerende pulver og pakket ind i isolerende lag, forseglet mod fugt..
Trykket inde i røret holdes lavt for at undgå dannelse af oxider, der forårsager fejl i aflæsningerne. Enheden er lille: mellem 1-5 mm i diameter og 10-50 mm lang, dækket igen af en ydre kappe, der tjener til at beskytte den, da enheden er sart og skal håndteres med forsigtighed.
Platin, et ædelt metal, er det materiale, der er mest brugt til fremstilling af modstandsdygtighed, da det er meget stabilt over en lang række temperaturer og giver ekstremt præcise målinger, indtil det fungerer som en international standard for temperatur i området -260 ° C . - 630 ° C. Imidlertid kan platinmodstandstermometre fremstilles med et meget større interval..
For at måle ændringer i ledningens modstand skal den inkorporeres i et specielt kredsløb kaldet Wheatstone bro, bruges til at måle ukendte modstande eller impedanser.
Dette gøres ved hjælp af tynde kobbertråde (to, tre eller fire kobbertråde, jo flere ledninger, jo mere nøjagtigt er termometeret, de af tre er de mest almindelige).
For at enheden kan fungere, skal der tilføres en lille målestrøm, hvis værdi er tæt på 1 mA (jo lavere jo bedre for at undgå overdreven opvarmning) og det producerede spændingsfald måles. At kende strømmen og spændingen bestemmes sensorens modstand med Ohms lov og temperaturen gennem den.
Lineariteten af forholdet mellem modstand og temperatur opfyldes ikke altid med total nøjagtighed i alle temperaturområder, det afhænger meget af ledningens materiale.
Problemet med ikke-linearitet kan overvindes ved at anvende et ekstra kredsløb eller blot ved at benytte modstands-grafen, kaldet karakteristisk kurve, som den viste:
Karakteristisk kurve for Pt-100 eller 100 Ω platinmodstandstermometer. Kilde: Wikimedia Commons.
Platinmodstandstermometre er fremstillet i henhold til spolens modstand: Pt-25, Pt-100 og Pt-1000 er de mest anvendte.
Bogstaverne "Pt" henviser til det kemiske symbol for platin, og tallet er ledningens modstand ved referencetemperaturen 0ºC. Jo højere modstand, jo mere følsomt er termometeret, da det giver en større variation i modstand med den samme temperaturændring. Pt-100 er dog den mest anvendte industrielt med en opløsning på en tiendedel af en grad..
I stedet for tråd- eller spoleviklinger bruger nogle producenter et tyndt lag platin afsat oven på et isolerende keramisk substrat. Dette formindsker enhedens størrelse og gør den endnu mere præcis og hurtigere..
Modstandstermometeret anvendes fortrinsvis i den kemiske, farmaceutiske og fødevareindustri såvel som i områder, hvor høj præcision i temperaturmåling er nødvendig for at garantere kvalitetsprodukter.
Instrumentproducenten angiver det temperaturområde, som det nøjagtigt kan måle. Uden for deres rækkevidde giver termometre ikke nøjagtige målinger, og i værste fald er sensorelementet beskadiget.
Nøjagtig måling af omgivelsestemperatur er vigtig i bilindustrien, hvis montage-, svejse- og motortestprocesser producerer meget varme i miljøet. I disse tilfælde foretrækkes kobbermodstandstermometeret generelt..
For at måle temperaturen på en bilmotor bruges en elektrisk modstand som et termometrisk element.
For at bestemme temperaturen på industrielle smelteovne, kedler, køleskabe og atomreaktorer.
Præcis temperaturkontrol er også meget vigtig for fødevareindustrien, da den holder dem friske og kimfrie i længere tid..
Platinmodstandstermometre bruges til at detektere tyngdekraftsbølger. Enheden oprettet til dette formål består af to interferometre, som er optiske instrumenter til måling af interferens fra lys..
Interferometre bruger spejle til at rette laserstråler korrekt, og deres temperatur overvåges kontinuerligt for at sikre, at de opretholder den korrekte krumning og sikrer nøjagtige målinger..
Fordele inkluderer:
-Høj nøjagtighed.
-Forskellige anvendelser.
-Bredt måleområde, der gør det muligt at bruge dem i forskellige brancher.
-De forbliver stabile i lang tid.
-De er lineære eller meget tæt på linearitet over en lang række temperaturer.
Mens begrænsningerne inkluderer:
-De bruges ikke til temperaturer højere end 660 ºC.
-Heller ikke under -270 ºC.
-De skal håndteres med forsigtighed.
-De er mindre følsomme end billigere enheder såsom termistorer, og i nogle applikationer er deres responstid længere end disse.
-Platintermometre er dyre.
Endnu ingen kommentarer