De weerstandsthermometer Weerstand thermisch apparaat of RTD) is een instrument dat gebruik maakt van een eigenschap die objecten hebben - elektrische weerstand - om temperatuur te meten. Deze procedure staat bekend als meting door thermo weerstand.
Elektrische weerstand is een zeer geschikte parameter, aangezien deze in veel gevallen lineair toeneemt met de temperatuur. Er wordt gezegd dat een bepaalde eigenschap X thermometrisch is, dat wil zeggen dat deze kan worden gebruikt om de temperatuur T te meten, wanneer de relatie tussen X en T lineair is:
X = k ∙ΔT
Waarbij k een te bepalen evenredigheidsconstante is.
Een bekende thermometrische eigenschap is de uitzetting van kwik bij verhitting, gebruikt in een koortsthermometer. Andere thermometers gebruiken onder andere gas, metalen platen die uitzetten bij toenemende temperatuur, weerstand of de helderheid van een filament gebruiken..
Het is handig om deze reeks mogelijkheden te hebben, omdat temperatuur een van de meest karakteristieke grootheden is van elk systeem, of het nu biologisch of levenloos is. Daarom is het de grootte die het meest wordt gemeten in industriële processen, en voor de bereiken die in elk ervan worden gehanteerd, hebben bepaalde thermometrische eigenschappen de voorkeur boven andere..
Artikel index
Weerstandsthermometers hebben de volgende kenmerken:
-Ze zijn heel eenvoudig in gebruik. Het sensorelement bestaat uit een draad van metaal, waarbij platina, nikkel, wolfraam en koper het meest worden gebruikt..
-Ze bieden een snelle lezing.
-Hoge nauwkeurigheid.
-Werk in een breed temperatuurbereik.
De materialen die worden gebruikt om weerstandsthermometers te maken, zijn geleiders waarvan weerstandsvermogen neemt bijna altijd toe met de temperatuur. Weerstand en weerstand zijn niet synoniem, maar ze zijn nauw verwant.
De weerstandsvermogen Het is de relatie tussen het elektrische veld dat in het materiaal wordt gecreëerd wanneer de stroom circuleert en de dichtheid van die stroom. Het is dus een eigenschap van het materiaal.
Voor bepaalde materialen, genaamd ohms, de relatie tussen elektrisch veld en stroomdichtheid is lineair. Naarmate de temperatuur stijgt, verhogen de ionen van de geleider hun trillingen en daarmee de weerstand tegen het doorlaten van de stroom.
In plaats daarvan is weerstand een eigenschap van de geleider, niet alleen bepaald door de soortelijke weerstand van het materiaal, maar ook door de geometrie: lengte en dwarsdoorsnede.
Als de doorsnede constant wordt gehouden, is de relatie tussen deze grootheden:
De eenheid voor elektrische weerstand in het internationale systeem is de ohm (Ω), terwijl de weerstand wordt geleverd in Ω ∙ m, hoewel het gebruikelijk is om Ω ∙ mm te vinden.
In metalen neemt de soortelijke weerstand lineair toe met de temperatuur:
ρ (T) = ρof (1 + α ∙ ΔT)
Waar ρ de soortelijke weerstand is van het materiaal bij een bepaalde temperatuur, ρof is de soortelijke weerstand bij de referentietemperatuur, doorgaans 0ºC of 20 ºC, α is de thermische coëfficiënt van het materiaal en ΔT is de temperatuurvariatie.
Omdat de weerstand afhangt van de soortelijke weerstand van het materiaal, geldt dat als het temperatuurverschil niet erg groot is, het volgende geldt:
R (T) = Rof (1+ α ∙ ΔT)
Weerstand is gemakkelijk te meten en aangezien de relatie met temperatuur lineair is, is het een goede thermometrische eigenschap..
Het centrale element van de weerstandsthermometer is een metalen draad die rond een isolerende houder is gewikkeld, meestal gemaakt van mica, keramiek of glas. Het is omsloten in een buis gevuld met isolatiepoeder en omwikkeld met isolatielagen, afgedicht tegen vocht..
De druk in de buis wordt laag gehouden om de vorming van oxiden te vermijden die fouten in de aflezingen veroorzaken. De montage is klein: tussen 1-5 mm in diameter en 10-50 mm lang, op zijn beurt bedekt met een buitenste omhulsel dat dient om het te beschermen, aangezien het apparaat kwetsbaar is en met zorg moet worden gehanteerd.
Platina, een edelmetaal, is het materiaal dat het meest wordt gebruikt om weerstand te produceren, omdat het zeer stabiel is over een breed temperatuurbereik en uiterst nauwkeurige metingen biedt, tot het punt dat het dient als een internationale norm voor temperaturen in het bereik van -260 ° C. . - 630 ° C. Platina-weerstandsthermometers kunnen echter met een veel groter bereik worden vervaardigd..
Om veranderingen in de weerstand van de draad te meten, moet deze worden opgenomen in een speciaal genaamd circuit Wheatstone-brug, gebruikt om onbekende weerstanden of impedanties te meten.
Dit wordt gedaan met behulp van dunne koperdraden (twee, drie of vier koperdraden, hoe meer draden, hoe nauwkeuriger de thermometer, die van drie komen het meest voor).
Om het apparaat te laten werken, moet een kleine meetstroom worden geleverd, waarvan de waarde dicht bij 1 mA ligt (hoe lager, hoe beter om overmatige verwarming te voorkomen) en de geproduceerde spanningsval wordt gemeten. Als we de stroom en het voltage kennen, wordt de weerstand van de sensor bepaald met de wet van Ohm en daardoor de temperatuur.
De lineariteit van de relatie tussen weerstand en temperatuur wordt niet altijd met totale nauwkeurigheid in alle temperatuurbereiken vervuld, dit hangt sterk af van het materiaal van de draad.
Het niet-lineariteitsprobleem kan worden ondervangen door een extra circuit te gebruiken of eenvoudigweg door gebruik te maken van de weerstand versus temperatuurgrafiek, genaamd karakteristieke curve, zoals getoond:
Karakteristieke curve van de Pt-100 of 100 Ω platina weerstandsthermometer. Bron: Wikimedia Commons.
Platina weerstandsthermometers worden vervaardigd volgens de weerstand van de spoel: Pt-25, Pt-100 en Pt-1000 worden het meest gebruikt.
De letters "Pt" verwijzen naar het chemische symbool voor platina en het getal is de weerstand van de draad bij de referentietemperatuur 0ºC. Hoe hoger de weerstand, hoe gevoeliger de thermometer is, omdat deze een grotere variatie in weerstand biedt bij dezelfde temperatuurverandering. Pt-100 wordt industrieel echter het meest gebruikt, met een resolutie van een tiende graad..
In plaats van draad- of spoelwikkelingen gebruiken sommige fabrikanten een dunne laag platina die is afgezet op een isolerend keramisch substraat. Dit verkleint het apparaat en maakt het nog nauwkeuriger en sneller..
De weerstandsthermometer wordt bij voorkeur gebruikt in de chemische, farmaceutische en voedingsindustrie, maar ook in gebieden waar hoge precisie bij temperatuurmeting vereist is om kwaliteitsproducten te garanderen.
De fabrikant van het instrument geeft het temperatuurbereik aan dat hij nauwkeurig kan meten. Buiten hun bereik geven thermometers geen nauwkeurige metingen en in het ergste geval is het sensorelement beschadigd.
Het nauwkeurig meten van de omgevingstemperatuur is belangrijk in de auto-industrie, waarvan de assemblage-, las- en motortestprocessen veel warmte in de omgeving produceren. In deze gevallen heeft de koperen weerstandsthermometer in het algemeen de voorkeur..
Om de temperatuur van een automotor te meten, wordt een elektrische weerstand als thermometrisch element gebruikt.
Om de temperatuur van industriële smeltovens, boilers, koelkasten en kernreactoren te bepalen.
Bovendien is een nauwkeurige temperatuurregeling erg belangrijk voor de voedingsindustrie, omdat ze hierdoor langer vers en kiemvrij blijven..
Platina weerstandsthermometers worden gebruikt om gravitatiegolven te detecteren. Het apparaat dat voor dit doel is gemaakt, bestaat uit twee interferometers, dit zijn optische instrumenten voor het meten van interferentie door licht..
Interferometers gebruiken spiegels om laserstralen goed te richten en hun temperatuur wordt continu gecontroleerd om ervoor te zorgen dat ze de juiste kromming behouden en nauwkeurige metingen garanderen..
Voordelen zijn onder meer:
-Hoge nauwkeurigheid.
-Diverse toepassingen.
-Breed meetbereik waardoor ze in verschillende industrieën kunnen worden gebruikt.
-Ze blijven lang stabiel.
-Ze zijn lineair of bijna lineair over een breed temperatuurbereik.
Hoewel de beperkingen zijn:
-Ze worden niet gebruikt voor temperaturen hoger dan 660ºC.
-Noch onder -270 ºC.
-Ze moeten met zorg worden behandeld.
-Ze zijn minder gevoelig dan goedkopere apparaten zoals thermistors, en in sommige toepassingen is hun reactietijd langer dan deze.
-Platina-thermometers zijn duur.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.