Διαφορά μεταξύ RTD και θερμοστοιχείου, Εφαρμογές.

Καθημερινά αντικείμενα όπως θερμόμετρα, οικιακούς θερμοσίφωνες, φούρνοι μικροκυμάτων και ψυγεία χρησιμοποιούν όλα αισθητήρες θερμοκρασίας. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας έχουν συχνά πολλές χρήσεις, με τη βιομηχανία γεωτεχνικής παρακολούθησης να είναι μία από αυτές.

Οι αισθητήρες θερμοκρασίας είναι απλές συσκευές που αντιλαμβάνονται πόσο ζεστό ή κρύο είναι κάτι και μετατρέπουν αυτή τη μέτρηση σε αναγνώσιμη ποσότητα. Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς μετρώνται οι θερμοκρασίες του εδάφους, των γεωτρήσεων, των τεράστιων φραγμάτων από σκυρόδεμα ή των κατασκευών; Λοιπόν, ορισμένοι από τους εξειδικευμένους αισθητήρες θερμοκρασίας βοηθούν σε αυτό.

Κατασκευές από σκυρόδεμα, γέφυρες, σιδηροδρομικές γραμμές, χώμα και άλλα πράγματα παρακολουθούνται τακτικά από αισθητήρες θερμοκρασίας.

Ένα όργανο που προσφέρει μέτρηση θερμοκρασίας σε χρησιμοποιήσιμη μορφή μέσω ηλεκτρικού σήματος αναφέρεται ως αισθητήρας θερμοκρασίας. Αυτή η συσκευή είναι συνήθως ένας ανιχνευτής θερμοκρασίας αντίστασης θερμοστοιχείου ή RTD.

RTD και θερμοστοιχείο

Οι ανιχνευτές θερμοκρασίας αντίστασης, ή RTD, είναι ένας δημοφιλής τύπος αισθητήρων που χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας. Το RTD και τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται συχνά για την παρακολούθηση του εύρους θερμοκρασίας. Λόγω της απλότητας στη χρήση τους, αυτοί οι δύο τύποι αισθητήρων προτιμώνται για μετρήσεις έναντι εναλλακτικών προσεγγίσεων. Αυτά καταργούν επίσης την κουραστική διαδικασία μετατροπής κατά την επεξεργασία των μετρήσεων θερμοκρασίας. Ωστόσο, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ορισμένες διαφορές μεταξύ RTD και θερμοστοιχείων. Αυτό το άρθρο τονίζει τις κρίσιμες διαφορές μεταξύ ενός RTD και ενός θερμοστοιχείου.

Τι είναι ο αισθητήρας RTD και πώς λειτουργούν;

Ένας ανιχνευτής θερμοκρασίας αντίστασης RTD είναι ένας ανιχνευτής ή συσκευή που χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές για την παρακολούθηση και τον έλεγχο της θερμοκρασίας. Η τιμή μιας αντίστασης αλλάζει ανάλογα με τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Επομένως, η μέτρηση της θερμοκρασίας είναι σχετική και όχι απόλυτη. Σε όλες τις βιομηχανίες, αυτή η σχετική μέτρηση και διαχείριση της θερμοκρασίας είναι απαραίτητες, καθώς ακόμη και μικρές διακυμάνσεις θερμοκρασίας μπορούν να επηρεάσουν τη διαδικασία. Οι αισθητήρες RTD είναι γνωστοί για την παροχή ακριβών μετρήσεων και είναι κατασκευασμένοι για τη διατήρηση της σταθερότητας υπό δύσκολες συνθήκες. Επομένως, είναι ανθεκτικά σε υψηλή θερμότητα, κραδασμούς, κραδασμούς και άλλες συνθήκες.

Η αντίσταση και η θερμοκρασία συχνά έχουν έναν ισχυρό δεσμό που είναι γνωστός και αναμένεται να συνεχιστεί. Δεν είναι σε θέση να παράγει εξ ολοκλήρου μόνο του.

Οι RTD, ή οι ανιχνευτές θερμοκρασίας αντίστασης, είναι συσκευές με συγκεκριμένο τύπο φιλμ από συρμάτινο πηνίο ή συχνά από καθαρό μέταλλο. Δεδομένου ότι πολλά βιομηχανικά εξαρτήματα είναι εξαιρετικά ανθεκτικά στην ηλεκτρική ταραχή, είναι κατάλληλο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας σε τέτοια μέρη. Η κατασκευή κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων και οι εφαρμογές κλιματισμού είναι μόνο δύο παραδείγματα Ε&ΤΑ.

Η ΕΤΑ έχει επίσης πολλά πλεονεκτήματα. Ένα από αυτά είναι ότι η μέτρηση μεγάλου εύρους θερμοκρασιών, ειδικά σε δύσκολες συνθήκες, είναι αρκετά χρήσιμη.

Από τι είναι κατασκευασμένοι οι αισθητήρες θερμοκρασίας RTD;

Ένα μικροσκοπικό πηνίο σύρματος τυλίγεται γύρω από έναν γυάλινο ή κεραμικό πυρήνα και το σύρμα τυλίγεται από εξαρτήματα RTD σε αυτόν τον αισθητήρα θερμοκρασίας με αντίσταση. Η πλατίνα χρησιμοποιείται για την κατασκευή αυτού του λεπτού συρμάτινου στοιχείου επειδή είναι ανθεκτικό στις εχθρικές συνθήκες, τη διάβρωση και την οξείδωση. Περιστασιακά χρησιμοποιούνται χαλκός και νικέλιο. Αυτά τα RTD ενδέχεται να περιέχουν περισσότερα από ένα καλώδια. Ωστόσο, η πλατίνα είναι η καλύτερη επιλογή επειδή παρέχει πολλά προνόμια. Ακολουθούν μερικά από τα πλεονεκτήματα των RTD από πλατίνα:

• Η πλατίνα είναι χημικά αδρανής.
• Προσφέρει μια σταθερή και σχεδόν γραμμική εξίσωση αντοχής στη θερμοκρασία.
• Η πλατίνα, ως μέταλλο, έχει αρκετά καλό συντελεστή θερμοκρασίας ώστε να επιτρέπει στα RTD να ανιχνεύουν γρήγορες αλλαγές αντίστασης.

Γενικά, οι RTD 2 και 3 συρμάτων χρησιμοποιούνται συχνά, κυρίως εξαρτώμενες από την καλωδίωση. Τα RTD έχουν συχνά δύο, τρία ή τέσσερα καλώδια. Οι RTD 2 συρμάτων χρησιμοποιούνται ευρέως σε μη κρίσιμες εφαρμογές όπου η αλλαγή θερμοκρασίας έχει μικρή επίδραση στη διαδικασία ή απλά απαιτεί μια εκτιμώμενη τιμή αλλαγής θερμοκρασίας. Οι 3-wire RTD, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία. Σε κάποιο βαθμό, η ακρίβεια ενός RTD εξαρτάται από τον αριθμό των καλωδίων. Το RTD παρέχει μεγαλύτερη ακρίβεια καθώς αυξάνεται ο αριθμός των καλωδίων. Τα RTD διατίθενται σε διάφορα σχέδια με βάση τις τιμές θερμοκρασίας ή αντίστασης και μπορούν να προσαρμοστούν σε συγκεκριμένες βιομηχανικές χρήσεις.

Εφαρμογές RTD

Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα εφαρμογών ΕΤΑ:

• Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας των συστατικών της γης, όπως ο αέρας, οι υγρές και οι αέριες ουσίες, λόγω της εξαιρετικής ευαισθησίας του σε ένα ευρύ φάσμα.
• Χρησιμοποιείται στα βασικά του σπιτιού, όπως σόμπες, κλιματισμός, ψύξη, ψησταριές και άλλα.
• Χρησιμοποιείται επίσης σε υπηρεσίες κατασκευής κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων.

Θερμοστοιχεία

Ένα θερμοστοιχείο, όπως ένα RTD, είναι ένας τύπος αισθητήρα που βοηθά στη μέτρηση της θερμοκρασίας. Τα θερμοστοιχεία είναι συσκευές τάσης που παρακολουθούν τη θερμοκρασία αλλάζοντας την τάση. Η τάση εξόδου του θερμοστοιχείου αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, αν και όχι πάντα γραμμικά.

Το θερμοστοιχείο συχνά στεγάζεται πίσω από μια μεταλλική ή κεραμική ασπίδα που το προστατεύει από διάφορες συνθήκες. Συνήθως περιέχει δύο διαφορετικά είδη μετάλλων που συνδέονται μεταξύ τους στο ένα άκρο.

Κανονικά, όταν η ένωση οποιουδήποτε μετάλλου παρατηρείται ότι θερμαίνεται, εμφανίζεται μια ορατή παραγωγή τάσης που έχει μια συμβατική σύνδεση με τη θερμοκρασία. Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται γενικά σε διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των εξατμίσεων αεριοστροβίλων.

Ως αποτέλεσμα της συνεχούς επίδρασης του φαινομένου Seebeck, δημιουργεί συχνά μια τάση που εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Επιπλέον, βρέθηκε ότι η τάση μετατρέπεται σε μορφή θερμοκρασίας.

Τα θερμοστοιχεία με μεταλλική επένδυση είναι επίσης διαθέσιμα με διάφορες εξωτερικές επιστρώσεις, συμπεριλαμβανομένου του τεφλόν, για χρήση σε οξέα και ισχυρά όξινα διαλύματα.

Εφαρμογές θερμοστοιχείου

Ακολουθούν ορισμένες κοινές χρήσεις των θερμοστοιχείων,

• Τα θερμοστοιχεία βρίσκονται συνήθως στα θερμόμετρα, ιδιαίτερα σε αυτά που χρησιμοποιούνται σε νοσοκομεία και φαρμακεία.
• Είναι επίσης ένας αισθητήρας θερμοστάτη για τη ρύθμιση και την ανάγνωση της θερμοκρασίας.
• Βρίσκεται επίσης συχνά σε θερμοσίφωνες.

Τι τύποι ΕΤΑ;

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ανιχνευτών θερμοκρασίας αντίστασης – συρμάτινη και λεπτή μεμβράνη.

• ΕΤΑ με σύρμα

Τα συρμάτινα RTDs είναι κατασκευασμένα από ένα σύρμα ελάχιστης διαμέτρου κατασκευασμένο από πλατίνα, τυλιγμένο σε πηνίο και συσκευασμένο μέσα σε έναν κεραμικό μονωτήρα.

• Στοιχεία RTD λεπτής μεμβράνης

Οι RTD λεπτής μεμβράνης κατασκευάζονται με την εναπόθεση ενός λεπτού στρώματος ανθεκτικού υλικού, συνήθως μεμβράνης πλατίνας, σε ένα κεραμικό υπόστρωμα.

Τύποι θερμοστοιχείων

Τα θερμοστοιχεία ταξινομούνται σε οκτώ τύπους:B, E, J, N, K, R, T και S.

• Θερμοστοιχείο E-Type

Τα κράματα Chromel και Constantan συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ένα θερμοστοιχείο τύπου E. Το εύρος θερμοκρασίας είναι από 0 έως 870 βαθμούς Κελσίου. Αυτό το θερμοστοιχείο δεν ασχολείται με την ατμοσφαιρική οξείδωση και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αδρανές περιβάλλον. Πρέπει, ωστόσο, να προστατεύονται από τη θειούχα ατμόσφαιρα. Εμφανίζονται συχνά σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

• Θερμοστοιχείο τύπου J

Το Iron και το Constantan χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός θερμοστοιχείου τύπου J. Το εύρος θερμοκρασίας του είναι από 0 έως 760 °C. Η διάρκεια ζωής του θερμοστοιχείου μειώνεται σε υψηλές θερμοκρασίες λόγω του εύρους χαμηλής θερμοκρασίας του. Τα θερμοστοιχεία J λειτουργούν καλύτερα σε κενό και αδρανή περιβάλλοντα. Η χύτευση με έγχυση είναι μια από τις πιο διαδεδομένες χρήσεις για θερμοστοιχεία αυτού του είδους.

• Θερμοστοιχείο K-Type

Ένα θερμοστοιχείο τύπου Κ αποτελείται από Chromel και Alumel. Το εύρος θερμοκρασίας είναι από 95 έως 1260 °C. Αυτά τα θερμοστοιχεία ταιριάζουν καλύτερα σε ουδέτερο ή οξειδωτικό περιβάλλον. Λόγω της υστέρησης, παράγει μια διακύμανση EMF κάτω από 1800°F, περιορίζοντας την απασχόλησή του σε ένα αδρανές και οξειδωτικό περιβάλλον κάτω από αυτή τη θερμοκρασία. Βρίσκονται συνήθως σε διυλιστήρια.

Διαφορετικές καταστάσεις όπου προτιμάτε την RTD από το θερμοστοιχείο

• Συνδυάζεται με πομπούς:Είναι απλό να αντιστοιχίσετε RTD με πομπούς που επιτρέπουν την αποστολή δεδομένων θερμοκρασίας σε μια τοποθεσία τηλεχειρισμού. Επιτρέπει επίσης στους χρήστες να προβάλλουν την τοπική ένδειξη θερμοκρασίας.
• Εργαστήρια και βιομηχανικοί σκοποί:Όταν συγκρίνουμε την ακρίβεια του RTD έναντι του θερμοστοιχείου, το RTD είναι πολύ πιο ακριβές από το θερμοστοιχείο και επομένως προτιμάται για εργαστηριακούς και βιομηχανικούς λόγους.
• Βιομηχανίες Αυτοκινήτων:Όταν το εύρος θερμοκρασίας κυμαίνεται μεταξύ -200 και 500 βαθμών Κελσίου, οι βιομηχανικές RTD υπερτερούν των θερμοστοιχείων.
• Ιατρικά Ηλεκτρονικά:Όσον αφορά τον χαμηλό αριθμό βάρδιων για RTD έναντι θερμοστοιχείων, η RTD έχει εξαιρετικά ισχυρή σταθερότητα και γραμμική απεικόνιση. Ωστόσο, τα θερμοστοιχεία είναι ασταθή και επομένως λιγότερο κατάλληλα για βιομηχανικές εφαρμογές.

Η εικόνα δείχνει τη χρήση θερμοστοιχείων στη μέτρηση ενός ευρέος φάσματος θερμοκρασιών. Ωστόσο, η RTD είναι χρήσιμη για μετρήσεις χαμηλής θερμοκρασίας.

Διαφορά μεταξύ RTD και θερμοστοιχείου

RTD	Θερμοστοιχείο
Μια RTD μετρά θερμοκρασίες στην περιοχή από -200 °C έως 500 °C.	Μια RTD μετρά θερμοκρασίες μεταξύ 180 και 2.320 βαθμών Κελσίου.
Σκοπός του είναι να μετράει χαμηλότερες θερμοκρασίες.	Σκοπός του είναι να μετράει υψηλότερες θερμοκρασίες.
Η RTD διακρίνεται για τη σταθερή της σταθερότητα και τις χαμηλές μετατοπίσεις.	Τα θερμοστοιχεία είναι γνωστά για την κακή τους σταθερότητα, με αποτέλεσμα λιγότερες επαναλήψεις με την πάροδο του χρόνου.
Η RTD είναι γνωστή για την ακρίβειά της.	Τα θερμοστοιχεία συνήθως παρουσιάζουν ανακριβή και κατώτερα αποτελέσματα.
Τα RTD, λόγω των κατασκευαστικών πλεονεκτημάτων τους, είναι αρκετά πιο ακριβά από τα θερμοστοιχεία.	Τα θερμοστοιχεία, ωστόσο, είναι συνήθως πολύ φθηνά, σε αντίθεση με ένα RTD
Το RTD έχει καλό χρόνο απόκρισης.	Ο χρόνος αντίδρασης ενός θερμοστοιχείου είναι ταχύτερος από εκείνον ενός RTD.
Η έξοδος που παρουσιάζεται από μια RTD είναι γραμμική.	Η έξοδος ενός θερμοστοιχείου είναι μη γραμμική.
Καλή εναλλαξιμότητα	Εξαιρετική εναλλαξιμότητα

Οι αισθητήρες RTD αντικαθιστούν γρήγορα τα θερμοστοιχεία σε βιομηχανικές εφαρμογές λόγω της ακρίβειας και της σταθερότητάς τους. Η RTD μπορεί να παρέχει δεδομένα με μεγαλύτερη ακρίβεια. Σε αντίθεση με το θερμοστοιχείο, το οποίο είναι σταθερό μόνο για μικρό χρονικό διάστημα μετά τη χρήση, η RTD μπορεί να παραμείνει σταθερή για πολλά χρόνια. Οι καθημερινές μας συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των καφετιέρων και των κινητών τηλεφώνων, περιέχουν RTD.

Συχνές ερωτήσεις

1. Τι είναι το φαινόμενο Seebeck;

Ένα θερμοστοιχείο δημιουργείται όταν δύο σύρματα (Thermo wires) κατασκευασμένα από διάφορα μέταλλα ή κράματα μετάλλων συνδέονται στο ένα άκρο (hot junction). Μια θερμική ηλεκτροκινητική δύναμη (μια θερμική τάση) παράγεται στο θερμοστοιχείο εάν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της θερμής διασταύρωσης και των ανοιχτών άκρων. Επιπλέον γνωστό ως φαινόμενο Seebeck.

2. Τι υποδηλώνουν τα χρώματα των καλωδίων του θερμοστοιχείου;

Η μόνωση του καλωδίου ενός θερμοστοιχείου μπορεί να αναγνωριστεί από το χρώμα του. Για παράδειγμα, στις ΗΠΑ, τα καλώδια βαθμού θερμοστοιχείου τύπου J έχουν συνήθως ένα καφέ τζάκετ με δύο κόκκινα και λευκά καλώδια. Ένα καλώδιο προέκτασης τύπου J έχει ένα μαύρο τζάκετ και δύο σύρματα, ένα κόκκινο και ένα λευκό. Συνήθως, το αρνητικό καλώδιο ενός θερμοστοιχείου ή του καλωδίου επέκτασης είναι το κόκκινο, ενώ το θετικό καλώδιο είναι χρωματικά κωδικοποιημένο για το συγκεκριμένο είδος θερμοστοιχείου. Τα συστήματα χρωματικής κωδικοποίησης διαφέρουν μεταξύ των κρατών.