termometru cu rezistență (Dispozitiv termic de rezistență sau RTD) este un instrument care profită de o proprietate pe care o au obiectele - rezistența electrică - pentru a măsura temperatura. Această procedură este cunoscută sub numele de măsurare prin termorezistență.
Rezistența electrică este un parametru foarte potrivit, deoarece în multe cazuri tinde să crească liniar cu temperatura. Se spune că o anumită proprietate X este termometrică, adică poate fi utilizată pentru a măsura temperatura T, atunci când relația dintre X și T este liniară:
X = k ∙ΔT
Unde k este o constantă de proporționalitate care trebuie determinată.
O proprietate termometrică binecunoscută este expansiunea mercurului la încălzire, utilizată într-un termometru clinic. Alte termometre folosesc gaz, foi metalice care se extind odată cu creșterea temperaturii, rezistenței sau folosesc strălucirea unui filament, printre alte proprietăți..
Este convenabil să aveți această gamă de posibilități, deoarece temperatura este una dintre cele mai caracteristice cantități ale oricărui sistem, fie el biologic sau neînsuflețit. De aceea, magnitudinea este cea mai măsurată în procesele industriale, iar pentru intervalele care sunt tratate în fiecare dintre ele, anumite proprietăți termometrice sunt preferabile altora..
Indice articol
Termometrele cu rezistență au următoarele caracteristici:
-Sunt foarte simple în funcționare. Elementul senzor este format dintr-un fir realizat din metal, platină, nichel, tungsten și cupru fiind cel mai utilizat..
-Acestea oferă o citire rapidă.
-Precizie ridicată.
-Operați într-o gamă largă de temperaturi.
Materialele folosite la realizarea termometrelor de rezistență sunt conductoare ale căror rezistivitate aproape întotdeauna crește odată cu temperatura. Rezistența și rezistivitatea nu sunt sinonime, dar sunt strâns legate.
rezistivitate Este relația dintre câmpul electric creat în interiorul materialului atunci când circulă curentul și densitatea curentului menționat. Prin urmare, este o proprietate a materialului.
Pentru anumite materiale, numit ohmic, relația dintre câmpul electric și densitatea curentului este liniară. Pe măsură ce temperatura crește, ionii conductorului își măresc vibrațiile și odată cu aceasta opoziția la trecerea curentului.
În schimb, rezistența este o proprietate a conductorului, determinată nu numai de rezistivitatea materialului, ci și de geometria: lungimea și aria secțiunii transversale.
Dacă secțiunea transversală este menținută constantă, relația dintre aceste cantități este:
Unitatea de rezistență electrică din sistemul internațional este ohmul (Ω), în timp ce rezistivitatea vine în Ω ∙ m, deși este obișnuit să se găsească Ω ∙ mm.
La metale, rezistivitatea crește cu temperatura într-un mod liniar:
ρ (T) = ρsau (1 + α ∙ ΔT)
Unde ρ este rezistivitatea materialului la o temperatură dată, ρsau este rezistivitatea la temperatura de referință, în general 0 ° C sau 20 ° C, α este coeficientul termic al materialului și ΔT este variația temperaturii.
Deoarece rezistența depinde de rezistivitatea materialului, dacă diferența de temperatură nu este foarte mare, este adevărat că:
R (T) = Rsau (1+ α ∙ ΔT)
Rezistența este ușor de măsurat și, deoarece relația cu temperatura este liniară, este o bună proprietate termometrică..
Elementul central al termometrului de rezistență este un fir metalic care este înfășurat în jurul unui suport izolator, de obicei din mica, ceramică sau sticlă. Este închis într-un tub umplut cu pulbere izolatoare și înfășurat în straturi izolante, sigilat împotriva umezelii..
Presiunea din interiorul tubului este menținută scăzută, pentru a evita formarea de oxizi care provoacă erori în citiri. Ansamblul este mic: între 1-5 mm în diametru și 10-50 mm lungime, acoperit la rândul său de o carcasă exterioară care servește la protejarea acestuia, deoarece dispozitivul este delicat și trebuie manipulat cu grijă.
Platina, un metal prețios, este materialul cel mai utilizat pentru fabricarea rezistenței, deoarece este foarte stabil pe o gamă largă de temperaturi și oferă măsurători extrem de precise, până la punctul de a servi ca standard internațional pentru temperatura în intervalul -260 ° C - 630 ° C. Cu toate acestea, termometrele cu rezistență la platină pot fi fabricate cu o gamă mult mai mare..
Pentru a măsura modificările rezistenței firului, acesta trebuie încorporat într-un circuit special numit Podul Wheatstone, folosit pentru măsurarea rezistențelor sau impedanțelor necunoscute.
Acest lucru se face folosind fire subțiri de cupru (două, trei sau patru fire de cupru, cu cât sunt mai multe fire, cu atât termometrul este mai precis, cele din trei sunt cele mai frecvente).
Pentru ca dispozitivul să funcționeze, trebuie furnizat un mic curent de măsurare, a cărui valoare este apropiată de 1 mA (cu cât este mai mică pentru a evita încălzirea excesivă) și se măsoară căderea de tensiune produsă. Cunoscând curentul și tensiunea, rezistența senzorului este determinată prin legea lui Ohm și prin aceasta temperatura.
Liniaritatea relației dintre rezistență și temperatură nu este întotdeauna îndeplinită cu precizie totală în toate intervalele de temperatură, aceasta depinde foarte mult de materialul firului.
Problema neliniarității poate fi depășită prin utilizarea unui circuit suplimentar sau pur și simplu prin utilizarea graficului rezistență versus temperatură, numit curba caracteristică, ca cel arătat:
Curba caracteristică a termometrului cu rezistență la platină Pt-100 sau 100 Ω. Sursa: Wikimedia Commons.
Termometrele cu rezistență la platină sunt fabricate în funcție de rezistența bobinei: Pt-25, Pt-100 și Pt-1000 sunt cele mai utilizate.
Literele „Pt” se referă la simbolul chimic pentru platină, iar numărul este rezistența firului la temperatura de referință 0ºC. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât termometrul este mai sensibil, deoarece oferă o variație mai mare a rezistenței cu aceeași schimbare de temperatură. Cu toate acestea, Pt-100 este cel mai utilizat pe scară industrială, cu o rezoluție de o zecime de grad..
În loc de înfășurări de sârmă sau bobină, unii producători folosesc un strat subțire de platină depus deasupra unui substrat ceramic izolant. Aceasta scade dimensiunea dispozitivului și îl face și mai precis și mai rapid..
Termometrul de rezistență este utilizat de preferință în industria chimică, farmaceutică și alimentară, precum și în zonele în care este necesară o precizie ridicată în măsurarea temperaturii pentru a garanta produse de calitate.
Producătorul instrumentului indică intervalul de temperaturi pe care îl poate măsura cu precizie. În afara domeniului lor, termometrele nu dau măsurători precise și, în cel mai rău caz, elementul senzitiv este deteriorat.
Măsurarea exactă a temperaturii ambiante este importantă în industria auto, ale cărei procese de asamblare, sudare și testare a motorului produc multă căldură în mediu. În aceste cazuri, în general este preferat termometrul cu rezistență la cupru..
Pentru a măsura temperatura unui motor de mașină, o rezistență electrică este utilizată ca element termometric.
Pentru a determina temperatura cuptoarelor industriale de topire, a cazanelor, a frigiderelor și a reactoarelor nucleare.
De asemenea, controlul precis al temperaturii este foarte important pentru industria alimentară, deoarece le menține proaspete și fără germeni pentru mai mult timp..
Termometrele cu rezistență la platină sunt utilizate pentru a detecta undele gravitaționale. Dispozitivul creat în acest scop constă din două interferometre, care sunt instrumente optice pentru măsurarea interferențelor de la lumină..
Interferometrele folosesc oglinzi pentru a direcționa în mod corespunzător fasciculele laser, iar temperatura lor este monitorizată continuu pentru a se asigura că mențin curbura corectă și pentru a asigura măsurători precise..
Avantajele includ:
-Precizie ridicată.
-Varietate de utilizări.
-Gama largă de măsurare care le permite să fie utilizate în diverse industrii.
-Ele rămân stabile mult timp.
-Ele sunt liniare sau foarte apropiate de linearitate pe o gamă largă de temperaturi.
În timp ce limitările includ:
-Nu sunt utilizate la temperaturi mai mari de 660ºC.
-Nici sub -270 ºC.
-Trebuie manipulate cu grijă.
-Acestea sunt mai puțin sensibile decât dispozitivele mai ieftine, cum ar fi termistoarele, iar în unele aplicații timpul lor de răspuns este mai mare decât acestea.
-Termometrele cu platină sunt scumpe.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.