Motståndstermometeregenskaper, drift, användningar

han Motståndstermometer (Motståndstermisk anordning eller RTD) är ett instrument som drar nytta av en egenskap som föremålen har -elektrisk motstånd -för att mäta temperaturen. Denna procedur kallas mått av Termomotstånd.

Elektrisk motstånd är en mycket lämplig parameter, eftersom det i många fall vanligtvis ökar linjärt med temperaturen. Det sägs att en viss X -egenskap är termometrisk, det vill säga den kan användas för att mäta temperaturen T, när förhållandet mellan X och T är linjärt:

X = k ∙ΔT

En motståndstermometer

Där k är en konstant för proportionalitet för att bestämma.

En välkänd termometrisk egenskap är utvidgningen av kvicksilver när den uppvärms, används i en klinisk termometer. Andra termometrar använder gas, metallplåtar som utvidgas med ökningen av temperatur, motstånd eller använder ljusstyrkan på ett glödtråd, bland andra egenskaper.

Det är bekvämt att ha detta utbud av möjligheter eftersom temperaturen är en av de mest karakteristiska storlekarna i något system, vare sig det är biologiskt eller livligt. Det är därför det är den storlek som är mest uppmätt i industriella processer, och för de områden som hanteras i var och en av dem är vissa termometriska egenskaper att föredra framför andra.

[TOC]

Egenskaper för motståndstermometern

Motståndstermometrar har följande egenskaper:

-De är väldigt enkla operationer. Sensorelementet består av en metalltråd, som är den mest använda platina, nickel, volfram och koppar.

-De erbjuder snabb läsning.

-Hög precision.

-Fungerar i ett brett temperaturområde.

Resistivitet, motstånd och temperatur

Materialet som används för att tillverka motståndstermometrar är förare vars resistivitet Ökar nästan alltid med temperaturen. Motstånd och resistivitet är inte synonymer, men de är nära besläktade.

De resistivitet Det är förhållandet mellan det elektriska fältet som skapats i materialet när strömmen och densiteten för nämnda nuvarande cirkulat. Det är därför en fastighetsfastighet.

För vissa material, kallade ohmisk, Förhållandet mellan elektriskt fält och strömtäthet är linjärt. När temperaturen stiger ökar förarsjonerna sina vibrationer och med det motståndet mot passagen av strömmen.

Å andra sidan är motstånd en egenskap hos föraren, bestämd inte bara av materialets resistivitet, utan av geometri: längd och område på tvärsnittet.

Kan tjäna dig: Andromeda: upptäckt, ursprung, egenskaper, struktur

Om tvärsnittet förblir konstant är förhållandet mellan dessa storlekar:

Där r är motståndet hos tråd, ρ Materialets resistivitet, L och dess tvärsnittsområde.

Enheten för elektrisk motstånd i det internationella systemet är ohmio (ω), medan resistivitet kommer i ω ∙ m, även om det är vanligt att hitta ω ∙ mm.

I metaller ökar resistiviteten med en linjär temperatur:

ρ (t) = ρ_antingen (1+α ∙ ΔT)

Där ρ är materialets resistivitet vid en viss temperatur, ρ_antingen Det är referenstemperaturresistiviteten, vanligtvis 0 ° C eller 20 ºC, a är den termiska koefficienten för materialet och ΔT är temperaturvariationen.

Eftersom motstånd beror på materialets resistivitet, om temperaturskillnaden inte är så stor, uppfylls det att:

R (t) = r_antingen (1+ α ∙ ΔT)

Motståndet är lätt att mäta, och eftersom förhållandet till temperaturen är linjärt är det en bra termometrisk egenskap.

Fungerande

Platinresistens termometersensorer i inkapslat format. Källa: Teplouser genom Wikimedia Commons.

Det centrala elementet i motståndstermometern är en metalltråd som rullas i ett isolerande stöd, vanligtvis gjord av glimmer, keramik eller glas. Det är inneslutet i ett rör fullt av isolerande damm och inslagna i lager också isolerande, tätande fuktsäker.

Trycket inuti röret förblir lågt för att undvika bildning av oxider som orsakar fel i avläsningarna. Uppsättningen är liten: mellan 1-5 mm i diameter och 10-50 mm lång, täckt i sin tur av ett yttre hus som tjänar till att skydda den, eftersom enheten är känslig och måste hanteras noggrant.

Platinum, en ädelmetall, är det mest använda materialet för att tillverka motstånd, eftersom det är mycket stabilt i ett brett spektrum av temperaturer och ger extremt exakta åtgärder, så att det fungerar som ett vanligt internationellt mönster av temperatur i -260 ºC -intervallet - 630ºC. Platinresistenstermometrar kan emellertid tillverkas med ett mycket större intervall.

Kan tjäna dig: Eugen Goldstein: Biografi, bidrag och upptäckter

För att mäta förändringar i trådmotstånd måste du integrera den i en speciell krets som heter Wheatstone Bridge, används för att mäta okända motstånd eller impedanser.

Detta görs av tunna koppartrådar (två, tre eller fyra koppartrådar, ju fler trådar, desto mer exakt termometern, de av tre är de vanligaste).

För att enheten ska fungera måste en liten mätström. Genom att känna till strömmen och spänningen bestäms sensormotståndet med ohms lag och genom den temperaturen.

Platina termometer karakteristisk kurva

Linjäriteten i förhållandet mellan motstånd och temperatur uppfylls inte alltid exakt i alla temperaturintervall, som beror mycket på trådmaterialet.

Problemet med icke -linjäritet kan åtgärdas med hjälp av en ytterligare krets eller helt enkelt genom att använda motståndsgrafen kontra temperatur, kallas karakteristisk kurva, Som den som visas:

100 ohm platina resistens karakteristisk kurva. Källa: Wikimedia Commons.

PT-100 karakteristisk kurva eller 100 Ω platinresistenstermometer. Källa: Wikimedia Commons.

Varianter

Platinresistenstermometrar tillverkas enligt spolens motstånd: PT-25, PT-100 och PT-1000 är de mest använda.

"Pt" -bokstäverna hänvisar till den kemiska symbolen för platina, och antalet är trådens motstånd mot referenstemperaturen 0ºC. Det större det mest känsliga motståndet är termometern för att erbjuda en större variation av motstånd med samma temperaturförändring. PT-100 är emellertid den som används mest på industriell nivå, med en tionde klassupplösning.

I stället för tråd- eller spolrulle använder vissa tillverkare ett tunt lager platina avsatt ovanpå ett isolerande keramiskt underlag. Detta minskar enhetens storlek och gör det ännu mer exakt och snabbt.

Användning/tillämpningar av motståndstermometern

Motståndstermometern används företrädesvis inom den kemiska, farmaceutiska och livsmedelsindustrin, liksom i områden där stor precision krävs i den utsträckning temperaturen för att garantera kvalitetsprodukter.

Kan tjäna dig: goniometer: historia, delar, drift, användningar, typer

Instrumenttillverkaren anger temperaturområdet som kan mätas med precision. Ut ur deras sortiment ger termometrarna inte exakta åtgärder och i värsta fall skadas sensorelementet.

Miljötemperaturmätning

Att mäta omgivningstemperaturen med precision är viktigt i fordonsindustrin, vars montering, svetsning och motorprocesser ger mycket värme i miljön. I dessa fall föredras kopparmotståndstermometern vanligtvis.

Temperatursensor för bil

För att mäta motortemperaturen för en bil används en elektrisk motstånd som termometriskt element.

Industriell användning

För att bestämma temperaturen på gjuteriets industriella ugnar, i pannor, kylskåp och kärnreaktorer.

Den exakta temperaturkontrollen är också mycket viktig för livsmedelsindustrin, eftersom den håller dem fräscha och fria från bakterier under en längre tid.

Astronomi

Platinresistenstermometrar används vid detektering av gravitationsvågor. Enheten som skapats för detta ändamål består av två interferometrar, som är optiska instrument för att mäta ljusstörningar.

Interferometrar använder speglar för att ordentligt rikta laserstrålar, och deras temperatur övervakas kontinuerligt för att säkerställa att de upprätthåller lämplig krökning och säkerställer åtgärdernas noggrannhet.

Fördelar och nackdelar

Bland fördelarna är det värt att nämna:

-Hög precision.

-Olika användningsområden.

-Stort mätområde som gör att de kan användas i olika branscher.

-De förblir stabila länge.

-De är linjära eller mycket nära linearitet i ett stort temperaturområde.

Medan de kan citeras bland de begränsningar:

-De används inte för temperaturer större än 660 ° C.

-Inte heller under -270 ºC.

-De måste manipuleras noggrant.

-De är mindre känsliga än andra billigaste enheter som termistorer, och i vissa applikationer är deras responstid större än dessa.

-Platin -termometrar är dyra.

Referenser

1. Cambatronics online. PT100: Grundläggande förklaring och anslutning. Återhämtat sig från: YouTube.
2. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysik med modern fysik. 14th. Ed. Volym 2. Pearson.
3. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysik för vetenskap och teknik. Volym 2. 7th. Ed. Cengage Learning.
4. Teknisk verktygslåda. RTD-motståndstemperaturdetektor. Hämtad från: EngineeringToolbox.com.
5. Torres, b. Motståndsberäkning (RTD - PTC). Återhämtat sig från: YouTube.