De motståndstermometer (Motstånds termisk enhet eller RTD) är ett instrument som utnyttjar en egenskap som objekt har - elektriskt motstånd - för att mäta temperaturen. Denna procedur kallas mätning av värmebeständighet.
Elektriskt motstånd är en mycket lämplig parameter, eftersom den i många fall tenderar att öka linjärt med temperaturen. Det sägs att en viss egenskap X är termometrisk, det vill säga den kan användas för att mäta temperaturen T, när förhållandet mellan X och T är linjärt:
X = k ∙ΔT
Där k är en konstant proportionalitet som ska bestämmas.
En välkänd termometrisk egenskap är expansionen av kvicksilver vid upphettning, som används i en klinisk termometer. Andra termometrar använder gas, metallplåtar som expanderar med ökande temperatur, motstånd eller använder en glödtråds ljusstyrka, bland andra egenskaper..
Det är bekvämt att ha detta utbud av möjligheter eftersom temperaturen är en av de mest karakteristiska mängderna i något system, vare sig det är biologiskt eller livlöst. Det är därför det är storleken som mäts mest i industriella processer, och för de områden som hanteras i var och en av dem är vissa termometriska egenskaper att föredra framför andra..
Artikelindex
Motståndstermometrar har följande egenskaper:
-De är mycket enkla att använda. Sensorelementet består av en tråd gjord av metall, platina, nickel, volfram och koppar som är den mest använda..
-De erbjuder en snabb läsning.
-Hög precision.
-Använd i ett brett temperaturintervall.
Materialen som används för att göra motståndstermometrar är ledare vars motstånd ökar nästan alltid med temperaturen. Motstånd och resistivitet är inte synonymt, men de är nära besläktade.
De motstånd Det är förhållandet mellan det elektriska fältet som skapas inuti materialet när strömmen cirkulerar och densiteten hos nämnda ström. Det är därför en egenskap hos materialet.
För vissa material, kallas ohmisk, förhållandet mellan elektriskt fält och strömtäthet är linjärt. När temperaturen stiger ökar ledarens joner sina vibrationer och därmed motståndet mot strömens passage.
Istället är motståndet en egenskap hos ledaren, som inte bara bestäms av materialets resistivitet utan av geometrin: längd och tvärsnittsarea.
Om tvärsnittet hålls konstant är förhållandet mellan dessa mängder:
Enheten för elektriskt motstånd i det internationella systemet är ohm (Ω), medan resistiviteten kommer i Ω ∙ m, även om det är vanligt att hitta Ω ∙ mm.
I metaller ökar resistiviteten med temperaturen linjärt:
ρ (T) = ρeller (1 + α ∙ ΔT)
Där ρ är materialets resistivitet vid en given temperatur, ρeller är resistiviteten vid referens temperatur, vanligtvis 0 ° C eller 20 ° C, α är materialets termiska koefficient och AT är temperaturvariationen.
Eftersom motståndet beror på materialets resistivitet är det sant att om temperaturskillnaden inte är så stor:
R (T) = Reller (1+ α ∙ ΔT)
Motstånd är lätt att mäta, och eftersom förhållandet med temperatur är linjärt är det en bra termometrisk egenskap..
Det centrala elementet i motståndstermometern är en metalltråd som lindas runt en isoleringshållare, vanligtvis gjord av glimmer, keramik eller glas. Det är inneslutet i ett rör fyllt med isolerande pulver och insvept i isolerande lager, förseglat mot fukt..
Trycket inuti röret hålls lågt för att undvika bildning av oxider som orsakar fel i avläsningarna. Enheten är liten: mellan 1-5 mm i diameter och 10-50 mm lång, täckt i tur och ordning av ett yttre hölje som skyddar det, eftersom enheten är känslig och måste hanteras med försiktighet.
Platina, en ädelmetall, är det material som används mest för att tillverka motstånd, eftersom det är mycket stabilt över ett brett temperaturområde och ger extremt exakta mätningar, så att det fungerar som en internationell standard för temperatur i området -260 ° C . - 630 ° C Platinmotståndstermometrar kan dock tillverkas med ett mycket större intervall..
För att mäta förändringar i trådens motstånd måste den införlivas i en speciell krets som kallas Wheatstone bridge, används för att mäta okända motstånd eller impedanser.
Detta görs med tunna koppartrådar (två, tre eller fyra koppartrådar, ju fler ledningar, desto mer exakt är termometern, de av tre är de vanligaste).
För att enheten ska fungera måste en liten mätström matas, vars värde är nära 1 mA (ju lägre desto bättre för att undvika överdriven uppvärmning) och det producerade spänningsfallet mäts. Att känna till strömmen och spänningen bestäms sensorns motstånd med Ohms lag och genom den temperaturen.
Linjäriteten för förhållandet mellan motstånd och temperatur uppfylls inte alltid med total noggrannhet i alla temperaturområden, det beror mycket på trådens material.
Icke-linjäritetsproblemet kan övervinnas genom att använda en extra krets eller helt enkelt genom att använda grafen motstånd mot temperatur, kallad karakteristisk kurva, som den som visas:
Karakteristisk kurva för Pt-100 eller 100 Ω platinamotståndstermometer. Källa: Wikimedia Commons.
Platinmotståndstermometrar tillverkas enligt spolens motstånd: Pt-25, Pt-100 och Pt-1000 är de mest använda.
Bokstäverna "Pt" hänvisar till den kemiska symbolen för platina, och siffran är trådens motstånd vid referens temperatur 0ºC. Ju högre motstånd, desto känsligare är termometern, eftersom den ger en större variation i motstånd med samma temperaturförändring. Pt-100 är dock den mest använda industriellt, med en upplösning på en tiondel av en grad..
Istället för tråd- eller spollindningar använder vissa tillverkare ett tunt lager platina avsatt ovanpå ett isolerande keramiskt substrat. Detta minskar enhetens storlek och gör den ännu mer exakt och snabbare..
Motståndstermometern används företrädesvis inom kemi-, läkemedels- och livsmedelsindustrin samt i områden där hög precision i temperaturmätning krävs för att garantera kvalitetsprodukter.
Instrumenttillverkaren anger temperaturintervallet som den kan mäta exakt. Utanför deras räckvidd ger termometrar inte exakta mätningar och i värsta fall är avkänningselementet skadat.
Att mäta omgivningstemperaturen är viktigt i bilindustrin, vars processer för montering, svetsning och motortest producerar mycket värme i miljön. I dessa fall föredras generellt kopparmotståndstermometern..
För att mäta temperaturen på en bilmotor används ett elektriskt motstånd som ett termometriskt element.
För att bestämma temperaturen på industriella smältugnar, pannor, kylskåp och kärnreaktorer.
Precis temperaturkontroll är också mycket viktigt för livsmedelsindustrin, eftersom den håller dem färska och bakteriefria längre..
Platinmotståndstermometrar används för att detektera gravitationsvågor. Enheten som skapats för detta ändamål består av två interferometrar, som är optiska instrument för att mäta störningar från ljus..
Interferometrar använder speglar för att rikta laserstrålarna ordentligt och deras temperatur övervakas kontinuerligt för att säkerställa att de bibehåller rätt krökning och säkerställer noggranna mätningar..
Fördelarna inkluderar:
-Hög precision.
-Många användningsområden.
-Brett mätområde som gör att de kan användas i olika branscher.
-De förblir stabila under lång tid.
-De är linjära eller mycket nära linjäriteten över ett stort temperaturintervall.
Medan begränsningarna inkluderar:
-De används inte vid temperaturer högre än 660 ° C.
-Inte under -270 ºC.
-De måste hanteras med försiktighet.
-De är mindre känsliga än billigare enheter som termistorer, och i vissa applikationer är deras svarstid längre än dessa.
-Platina termometrar är dyra.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.