سنسور RTD

اندازه‌گیری دما در ماشین‌آلات و فرآیندهای صنعتی یکی از متغیرهای کنترلی حیاتی است که نقش مهمی در تضمین کیفیت و ایمنی بخش‌های مختلف صنعتی ایفا می‌کند. در حال حاضر دو روش رایج و پرکاربرد برای اندازه‌گیری دما استفاده از سنسور ترموکوپل یا سنسورRTD است. تفاوت اصلی این دو سنسور در محدوده اندازه گیری، انواع، دقت و غیره است.

سنسورهای مقاومتی نسبت به ترموکوپل محدوده دمای کمتری را پوشش می دهند اما دقت، پایداری و خطی بودن بهتری را ارائه می دهند.

سنسور دمایی مقاومتی RTD از متریال مختلف پلاتین، نیکل و مس ساخته می شود و در انواع دو سیم، سه سیم و چهار سیم موجود است. هنگام خرید توجه داشته باشید که بهترین متریال سنسور مقاومتی پلاتین و رایج ترین نوع آن از نظر سیم بندی 3 سیم است. همچنین با افزایش تعداد سیم در سنسور RTD دقت و قیمت آن افزایش می یابد. در همین راستا هدف از این مقاله آشنایی با انواع سنسورهای مقاومتی جهت انتخاب بهترین نوع بر اساس ویژگی ها و قیمت است.

سنسور RTD چیست؟

سنسور RTD مخفف Resistance TemperatureDetector یکی از انواع متداول سنسورهایی دمایی است که دمای سیالات مختلف را بر اساس تغییر مقاومت فلز در برابر جریان الکتریکی اندازه گیری می کند. به عبارت بهتر رابطه بین مقاومت و دما معمولاً در محدوده خاصی خطی است بنابراین امکان اندازه گیری دقیق دما را فراهم می کند.

سنسورهای دمایی مقاومتی به دلیل دقت، پایداری و تکرارپذیری در طول زمان به طور گسترده در کاربردهای صنعتی استفاده می شوند. این سنسورهای دمایی به عنوان دماسنج مقاومتی و آشکارسازهای دما مقاومتی نیز شناخته می شوند. جهت نام گذاری سنسور RTD مقاومت آن بر حسب اهم در دمای صفر درجه سانتی گراد اندازه گیری می شود.

به عنوان مثال متداول‌ترین نوع RTD مورد استفاده، سنسور با متریال پلاتین Pt100 است که به‌عنوان استاندارد صنعتی شناخته می‌شود. عدد 100 در سنسور Pt100 نشان‌دهنده مقاومت اسمی 100 اهم در دمای 0 درجه سانتی‌گراد (32 درجه فارنهایت) است.

این سنسور می‌تواند به صورت فیلم نازک، جایی که سیم درون یک بدنه سرامیکی قرار می‌گیرد، یا به صورت سیم‌پیچ در ساختار مارپیچ دور یک شیشه یا ماسوره سرامیکی طراحی شود. سنسور Pt100 به‌عنوان PTC نیز شناخته می‌شود، که مخفف “ضریب دمای مثبت” است و به این معناست که با افزایش دما، مقاومت این سنسور نیز افزایش می‌یابد. بسته به طراحی و نوع سنسور، RTD Pt100 می‌تواند دماهای بین -200 درجه سانتی‌گراد (300 درجه فارنهایت) و +850 درجه سانتی‌گراد (1562 درجه فارنهایت) را اندازه‌گیری کند.

فروش انواع سنسور RTD

پیکاتک فروشگاه تخصصی تجهیزات ابزار دقیق (دما، فشار، سطح، جریان)و تامین کننده شیرآلات صنعتی در کشور است. این فروشگاه بزرگ انواع تجهیزات اندازه گیری  دما از جمله گیج دما، ترانسمیتر دما، سوئیچ دما، سنسور ترموکوپل و سنسور RTDرا به فروش می رساند. 

بازدیدکنندگان محترم جهت خرید محصولات پیکاتک می توانید در هر دسته بندی محصولات مرتبط را بررسی کرده همچنین مشخصات فنی، قیمت‌ و موجودی آن‌ها را مشاهده نمایید. فروشگاه تخصصی پیکاتک انواع سنسور مقاومتی دمای RTD از برندهای مختلف با مشخصات فنی متفاوتی ارائه می کند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در زمینه خرید، مشاوره فنی و استعلام قیمت سنسور RTD با کارشناسان فروش ما به شماره 87700142-021 تماس حاصل فرمایید. کارشناسان پیکاتک به شما در انتخاب بهترین سنسور RTD با توجه به بودجه و نیازهای فنی کمک می کنند.

ساختار سنسور مقاومتی دما 

سنسورهای مقاومتی از اجزای مختلفی تشکیل می شوند و در نهایت سیگنال مقاومتی (میلی اهمی) متغییر با دما را در اختیار ترانسمیتر دما قرار می دهند. در ادامه به معرفی اجزای اصلی سنسور RTD می پردازیم:

• المان مقاومتی (Sensing Element): این المنت مقاومت یا حسگر قسمت تشخیص دمای RTD است و در انتهای سنسور مقاومتی قرار دارد. معمولا از موادی مانند پلاتین (متداول ترین)، نیکل یا مس تولید می شود. RTD های پلاتینیوم (Pt100, Pt1000) به دلیل دامنه دمایی گسترده و پاسخ خطی محبوب و پرمصرف هستند.
• لوله محافظ (Protecting Tube): این لوله از عنصر حسگر در برابر رطوبت و محیط بیرون محافظت می کند و بیشتر از فولاد ضد زنگ تا دمای 500 درجه فارنهایت ساخته می شود.
• اتصال فرآیند (Process Connection): اتصال فرآیند شامل اتصالات استاندارد رزوه ای یا فلنجی است.
• سیم بندی سنسور RTD (RTD Sensor Wire Configuration): سنسور RTD در انواع 2 سیم، 3 سیم و 4 سیم موجود است. متداول ترین پیکربندی RTDسه سیم است که به طور گسترده در کاربردهای صنعتی استفاده می شود.

سنسور مقاومتی دما RTD چگونه کار می کند؟

از نظر نحوه عملکرد سنسورهای مقاومتی بر اساس تغییر مقاومت متناسب با تغییرات دما عمل می‌کنند. همانطور که می دانید با افزایش دما توانایی یک فلز برای مخالفت با جریان الکتریکی نیز افزایش می یابد، بنابراین جریان کمتری می تواند جریان یابد و مقاومت افزایش می یابد.

سنسور مقاومتی به طور کلی در یک غلاف فولادی ضد زنگ مناسب برای اکثر کاربردهای اندازه گیری دما قرار می گیرد. ساختار اصلی سنسورهای RTD شامل یک المان حساس به دما است که معمولاً از فلز پلاتین به دلیل پایداری و خطی بودن ساخته می‌شود و با تغییر دما، مقاومت الکتریکی این المان نیز تغییر می‌کند.

این تغییر در مقاومت به‌طور مستقیم با دما مرتبط است و می‌تواند به‌راحتی اندازه‌گیری شود. مقاومت الکتریکی در واحد اهم (Ω) اندازه‌گیری می‌شود. پس از اندازه‌گیری مقدار مقاومت، این مقدار می‌تواند بر اساس ویژگی‌های مشخص سنسورRTD به دما تبدیل شود.

ضریب دمای سنسور RTD میانگین تغییرات مقاومت در محدوده دمایی 0 تا 100 درجه سانتیگراد است و معمولاً با α0 نشان داده می شود:

α0 = (R100 - R0)/(R0 x 100)

 در رابطه فوق R100 مقاومت در 100 درجه سانتیگراد و R0 مقاومت در 0 درجه سانتیگراد است. با توجه به معادله بالا، رابطه بین دما و مقاومت به صورت زیر بیان شود که در آن Rt مقاومت سنسور RTD در دمای سانتی گراد، R0 = مقاومت در 0 درجه سانتیگراد و α0  ضریب دمایی سنسور RTD در 0 درجه سانتیگراد است.

Rt = R0 (1 + α0t)

معمولاً زمان پاسخ RTDها بین 0.5 تا 5 ثانیه است. این زمان پاسخ به طراحی و نوع سنسور بستگی دارد و به این معنی است که سنسورهای RTD می‌توانند به تغییرات دما به‌طور نسبی سریع واکنش نشان دهند. نکته مهمی که باید در نظر داشت این است که سنسورهای RTD به‌طور کامل از یک منحنی خطی مقاومت در برابر دما پیروی نمی‌کنند و با افزایش دما، رفتار خطی آن‌ها کاهش می‌یابد. برای جبران این غیرخطی‌ها، استفاده از ترانسمیترهای دما می‌تواند مفید باشد و دقت اندازه‌گیری را افزایش می دهد.

انواع سنسور دمای RTD 

سنسورهای مقاومتی RTD بر اساس ساختار سنسورهای دما به دو دسته زیر طبقه بندی می شوند:

سنسور  RTD  فیلم نازک (Thin-film RTD)

سنسورRTD فیلم نازک با قرار دادن یک لایه نازک از فلزکه معمولاً پلاتین است، بر روی یک زیرلایه سرامیکی ساخته می‌شود سپس این فیلم با شیشه یا اپوکسی پوشانده می‌شود تا در برابر رطوبت و ارتعاش مقاوم گردد. سنسورهای فیلم نازک دارای پاسخ حرارتی سریع و حساسیت کم نسبت به ارتعاش هستند و می‌توانند مقاومت بالاتری را ارائه دهند.  همچنین از جمله مزایای این ساختار می‌توان به قابلیت اطمینان بالا و هزینه کم تولید آنها اشاره کرد.

سنسور RTD سیم ‌پیچی شده (Wire-wound RTD)

سنسور RTD سیم‌پیچی از یک سیم نازک ساخته می‌شود که دور یک هسته نارسانا معمولا سرامیک پیچیده شده است. برای سیم معمولاً از پلاتین، نیکل و مس استفاده می‌شود، زیرا هر یک از این مواد دارای رابطه بسیار خطی و دقیقی بین دما و مقاومت هستند. در نظر داشته باشید که سنسورهای سیم پیچ RTD معمولاً هزینه بیشتری نسبت به سنسورهای فیلم نازک دارند.

انواع متریال سنسور RTD

سنسور مقاومتی RTD تجهیزی است که مقاومت آن با تغییر دما تغییر می‌کند. این سنسور از یک عنصر مقاومتی یا حسگر دما تشکیل شده که معمولاً شامل یک سیم‌پیچ یا لایه نازک است که به یک عنصر حسگر متصل شده است. مقاومت الکتریکی این سنسور از فاصله دور با استفاده از کابل‌های مسی اندازه‌گیری می‌شود. عنصر حسگر درون یک غلاف محافظ قرار دارد.

نوع ماده‌ای که برای ساخت RTD استفاده می‌شود، محدوده دمایی سنسور را تعیین می‌کند. پلاتین رایج‌ترین فلز برای این منظور است، نیکل و مس نیز در برخی موارد به عنوان عناصر مقاومتی استفاده می‌شوند. نمودار زیر نشان‌دهنده رابطه بین دما و مقاومت برای سه عنصر پلاتین، نیکل و مس است.

1.پلاتین (Platinum)

پلاتین به عنوان ماده اصلی برای ساخت RTD به کار می‌رود، زیرا دارای دامنه وسیع و رابطه خطی مناسبی بین مقاومت و دما است. ویژگی‌های خطی و پایداری درازمدت آنها را برای کاربردهای صنعتی ایده آل می‌سازد. سنسورهای RTD پلاتین می‌توانند از سیم‌های مسی برای اتصال استفاده کنند و به دلیل ثبات و خطی بودن در محدوده دمایی وسیع، برای محیط‌های صنعتی ایده‌آل هستند.

2.نیکل (Nickel)

نیکل نسبت به پلاتین دارای محدوده دمایی محدودتری است، زیرا مقاومت آنها به طور قابل توجهی با دما تغییر می‌کند و در دماهای بالای 300 درجه سانتی‌گراد (572 درجه فارنهایت) غیرخطی می‌شود. برای اندازه‌گیری دقیق دما، این عناصر نیاز به تصحیح خطا دارند. با وجود اینکه نیکل مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد و قیمت کمتری نسبت به RTD های پلاتین دارد، اما دقت خود را با گذشت زمان از دست می‌دهد.

3.مس (Copper)

مس مقاومت خطی خوبی را با تغییرات دما ارائه می‌دهد، اما به دلیل مقاومت کم آن، نیاز به طول بیشتری نسبت به پلاتین دارد. به دلیل تمایل مس به اکسید شدن، استفاده از آن به دماهای کمتر از 150 درجه سانتی‌گراد (302 درجه فارنهایت) محدود می‌شود.

در حالی که عناصر مسی نسبتاً ارزان هستند و خطی بودن خوبی دارند، به سرعت خطی بودن و دقت خود را از دست می‌دهند که می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری دما تأثیر بگذارد. آنها برای کاربردها در محیط های غیر اکسید کننده که مزایای خطی و هزینه آنها بیشتر از محدودیت های آنها است، مناسب هستند.

انواع سنسور RTD براساس سیم بندی

برای سنسورهای RTD دسته‌بندی‌های مختلفی در نظر گرفته می‌شود که در بالا، به دو نوع از این دسته‌بندی‌ها و معرفی آن‌ها پرداختیم. نوع دیگری از دسته‌بندی این سنسورها بر اساس انواع سیم بندی RTD است. منظور از سیم بندی RTD، تعداد سیم‌های به کار رفته در تولید سنسورها است. سنسور مقاومتی RTD در سه نوع دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه تولید و به بازار عرضه می‌شود.

RTD یک سنسور پسیو (Passive) است که با اعمال ولتاژ یا استفاده از مدار پل وتستون می‌توان تغییرات مقاومت آن را تشخیص داد. برای اندازه‌گیری مقدار مقاومت، سنسور RTD باید با استفاده از سیم‌های مسی عایق شده به دستگاه متصل شود. مانند پلاتین، سیم مسی نیز دارای مقدار مقاومتی است و این مقدار مقاومت سیم‌های مسی می‌تواند بر مقدار مقاومت سنسور RTD تأثیر بگذارد.

سنسور RTD دو سیمه

سنسور RTD دو سیمه به دلیل عدم امکان حذف مقاومت سیم‌ها، دقت پایینی دارد. این نوع سنسور معمولاً در مکان‌هایی که نیاز به دقت بالا نیست، با استفاده از سیم‌های کوتاه به کار می‌رود، زیرا طول سیم می‌تواند باعث افزایش خطا در مقدار دمای نمایش داده شده شود.

سنسور RTD سه سیمه

سنسورهای RTD سه سیمه دقت بالاتری نسبت به مدل دو سیمه دارند و می‌توانند در صورت یکسان بودن مقاومت سیم‌ها، این مقاومت‌ها را حذف کنند. این ویژگی باعث می‌شود که این سنسور در متراژهای بالا نیز قابل استفاده باشد بدون اینکه نگرانی از افزایش خطا در نمایش دما وجود داشته باشد. استفاده از این نوع سنسور به جای سنسور چهار سیمه می‌تواند هزینه‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، اما به طور قطع دقت مدل چهار سیمه را ندارد.

سنسور RTD چهار سیمه

سنسور RTD چهار سیمه در صورتی که مقاومت هر چهار سیم مشخص باشد، قادر است این مقاومت‌ها را حذف کرده و دما را با دقت بسیار خوبی اندازه‌گیری کند. همچنین در شرایطی مانند قطع یک سیم یا اتصال کوتاه دو سیم، می‌توان از این سنسور به جای مدل‌های دو سیمه و سه سیمه استفاده کرد. با این حال، قیمت این مدل بالاتر از سایر مدل‌ها است و تنها در صورتی که دقت بالای این سنسور اهمیت زیادی داشته باشد و نتوان از سنسورهای دو سیمه یا سه سیمه استفاده کرد، توصیه می‌شود.

مزایای استفاده از سنسورهای RTD

• نظارت و اندازه گیری دما در محدوده 200- تا 850+ درجه سانتی گراد
• دقت و پایداری بالا
• خطی در محدوده عملیاتی گسترده
• دارای انواع سیم بندی 2 سیم، 3 سیم و 4 سیم
• قبلیت استفاده از دو سنسور مقاومتی (Double)
• بدون نیاز به جبرانسازی دما 
• دقیق ترین و پایدارترین در مقایسه با ترموکوپل و ترمیستور

جدول مقایسه سنسور RTD و ترموکوپل

دماسنج‌های مقاومتی (RTD) و ترموکوپل‌ها از جمله رایج‌ترین سنسورهای دمای الکترونیکی هستند که در فرآیندهای صنعتی به کار می‌روند. انتخاب بین این دو نوع سنسور به عوامل مختلفی بستگی دارد. ترموکوپل ها برای فرآیندهایی با دمای بالاتر و ارتعاش بالا یا کاربردهایی که نیاز به زمان پاسخ سریع دارند مناسب می باشند. اما سنسورهای RTD دقت، تکرارپذیری و پایداری بهتری را ارائه می دهند.

برندهای مطرح سنسور RTD

• سنسور RTD ای بی بیABB
• سنسور RTD دانفوسDANFOSS
• سنسور RTD اندرس هاوزر  ENDRESS+HAUSER
• سنسور RTD روزمونتROSEMOUNT
• سنسور RTD ترموالکتریک Thermo-Electric

رایج ترین سنسورهای RTD

سنسورهای PT100 و PT1000 پرکاربردترین سنسورهای مقاومتی محسوب می شوند. انتخاب بین این دو اغلب به نیازهای کاربردی بستگی دارد مانند فاصله بین سنسور و دستگاه اندازه گیری، دقت مورد نیاز و محیطی که در آن استفاده خواهد شد. سنسورهای PT100 معمولاً در کاربردهای استاندارد استفاده می‌شوند. اما سنسورهای PT1000 در مواقعی ترجیح داده می‌شوند که طول کابل طولانی‌تر یا مصرف برق کمتر حیاتی است. در ادامه این دو سنسور رایج مقاومتی معرفی می شوند:

• سنسور PT100: به عنوان رایج ترین نوع سنسور مقاومتی دارای مقاومت 100 اهم در دمای 0 درجه سانتیگراد می باشد. "PT" مخفف پلاتین ماده مورد استفاده در ساخت سنسور است. همچنین مزایای این سنسور شامل دقت و پایداری بالا، محدوده دمایی گسترده و خطی بودن در تغییر مقاومت با دما می شود.
• سنسور PT1000: به عنوان دومین سنسور مقاومتی پرکاربرد دارای مقاومت 1000 اهم در دمای 0 درجه سانتیگراد است و مانند PT100 نیز از پلاتین ساخته می شود. سنسور PT1000 با مقاومت بالاتری که دارد به جریان کمتری نیاز دارد و برای پیکربندی های کم مصرف مناسب است.

نکات مهم خرید سنسور RTD

با توجه به تنوع و انواع مختلف سنسورهای مقاومتی RTD هنگام خرید این تجهیزات پارامترهای متعددی باید در نظر گرفته شود. مهمترین نکات خرید سنسور RTD به شرح زیر است:

• محدوده اندازه گیری: حداقل و حداکثر دمای عملیاتی را در نظر بگیرید زیرا انواع مختلف ترموکوپل ها بر اساس متریال محدوده دمایی متفاوتی دارند.
• نوع سنسور: سنسورهای مقاومتی بر اساس سیم بندی، متریال و روش ساخت در انواع گوناگونی وجود دارند. به عنوان مثال رایج ترین متریال برای سنسورهای RTD پلاتین است، اما مواد دیگری مانند نیکل یا مس نیز می توانند استفاده شوند. علاوه بر این های فیلم نازک فشرده تر هستند اما سنسورهای سیم پیچ دقت بالاتری را ارائه می دهند.
• تعداد سیم ها: این سنسورها در انواع دو سیم، سه سیم و چهار سیم تولید می شوند. سنسور مقاومتی دو سیم ساده ترین و ارزان ترین است اما می تواند خطای اندازه گیری به دلیل مقاومت سیم مسی ایجاد کند. رایج ترین سنسور مقاومتی سه سیم و گران ترین چهار سیم (دقت بالاتر) است.
• برند سازنده: شهرت برند سازنده یکی دیگر از نکات مهم خرید و تاثیرگذار بر قیمت سنسور RTD است. معمولا برندهای معروف تر مانند ویکا، روزمونت و ای بی بی از قیمت بالاتری برخوردار هستند.
• تجهیزات جانبی: ترموول از تجهیزات جانبی مورد نیاز هنگام استفاده از تمامی سنسورهای دمایی است. ترموول از شکستن و خوردگی سنسور دمایی جلوگیری می کند.
• تاییدیه ضدانفجار (Ex): سنسورهایی که در امکان خطرناک مورداستفاده قرار می گیرند باید دارای تاییدیه های ضد انفجاری باشند که معمولا بر قیمت تجهیز می افزاید.
• درجه بندی حفاظت بدنه (IP): اگر سنسور در معرض گرد و غبار یا آب قرار می گیرد، مطمئن شوید که دارای رتبه IP مناسب است.