Introduktion till RTD:er (RTD)

Innehåll

1. Så fungerar det
2. Historik
3. Viktiga krav för noggranna RTD:er
4. RTD:ns resistansformel
5. α-koefficienten och det fundamentala intervallet
6. Sammanfattning

RTD:er fungerar enligt principen att den elektriska resistansen hos en ledare förändras med temperaturen. När temperaturen ökar, ökar atomvibrationer och elektronspridning i metallen, vilket gör att resistansen stiger på ett förutsägbart sätt. Detta samband kan användas för att mäta temperatur noggrant—förutsatt att avkänningsmaterialet är stabilt och rent.

Så fungerar det

Enkelt uttryckt uppvisar metaller som platina ett tillförlitligt resistans–temperatursamband. Även om föroreningar och gitterdefekter också kan påverka resistansen, är dessa influenser mestadels temperaturberoende och hanterbara i material med hög renhet.

RTD:er erbjuder flera praktiska fördelar jämfört med termoelement:

• Absolut mätning: Inget behov av en referenspunkt eller kallpunktskompensering.
• Enklare kabeldragning: Standardkopparkablar kan användas mellan givaren och instrumenteringen, vilket minskar komplexiteten.

Historik

Konceptet går tillbaka till 1860-talet, när Sir William Siemens först föreslog att använda temperaturberoende resistans för avkänning. Tidiga versioner använde platina, men konstruktionen led av instabilitet på grund av mekanisk belastning och kontaminering.

Det var först 1899 som platinamotståndstermometri blev tillförlitlig, tack vare förbättrade material och konstruktionsmetoder som Callendar var pionjär för.

Viktiga krav för noggranna RTD:er

För att uppnå stabila och noggranna mätningar måste RTD-element:

• Använda metaller med hög renhet (vanligtvis platina).
• Hållas i ett fullständigt glödgat tillstånd för att undvika fysiska förändringar.
• Vara skyddade mot kontaminering för att förhindra kemiska förändringar.
• Vara mekaniskt understödda för att minimera belastning från termisk expansion.

Tillverkning av RTD:er kräver en balans mellan känslighet och robusthet för att säkerställa prestanda även i krävande industriella miljöer.

RTD:ns resistansformel

För RTD:er av platina är resistans–temperatursambandet förutsägbart och följer en polynomform:

Över 0ºC räcker ett polynom av andra graden (kvadratiskt):
R_t /R₀ = 1 + At + Bt²

Under 0°C (för högre noggrannhet) används ett mer exakt polynom av tredje graden (kubiskt):
R_t /R₀ = 1 + At + Bt² + Ct³(t-100)

Därför:
t = (1/α)(Rt - R0)/R0 + δ(t/100)(t/100 -1)

Där:

• R_t = Resistans vid temperaturen t
• R₀ = Resistans vid 0°C
• t = Temperatur i °C
• A, B, C = Kalibreringskonstanter

Konstanterna A, B och C i dessa ekvationer bestäms vanligtvis genom Kalibrering för givare med hög noggrannhet, men i industriella tillämpningar används standardiserade värden enligt definitionen i IEC 60751 vanligtvis:

• A = 3.90802 × 10^-3
• B = –5.802 × 10^-7
• C = –4.2735 × 10^-12

α-koefficienten och det fundamentala intervallet

En nyckelparameter vid definition av RTD:er av platina är alfakoefficienten (α), som representerar den genomsnittliga temperaturkoefficienten för resistans mellan 0°C och 100°C:

α = (R₁₀₀ – R₀) / (100 × R₀)

Denna ekvation jämför resistansen vid 0°C (R₀₀) och 100°C (R₁₀₀) — en skillnad som kallas det fundamentala intervallet. För kommersiella RTD:er är detta fundamentala intervall vanligtvis 38.5 Ω, vilket ger ett α-värde på 3.85 × 10^-3/°C.

Alfakoefficienten påverkas av både renheten och det glödgade tillståndet hos avkänningstråden av platina. Platina med högre renhet och fullständigt glödgat tillstånd kan uppnå alfavärden mellan 3.925 × 10^-3/°C och 3.928 × 10^-3/°C, vilket ger bättre linjäritet och noggrannhet — även om den är mer känslig för belastning och kontaminering.

För att säkerställa konsekvens definierar standarden IEC 60751 tabeller över resistansvärden kontra temperaturvärden för RTD:er, baserat på:

• R₀ = 100 Ω vid 0°C
• R₁₀₀ – R₀ = 38.5 Ω (fundamentalt intervall)
• α = 3.85 × 10^-3/°C
• Tillgängliga i tolerans Class A och Class B

Dessa tabeller utgör ryggraden i industriell RTD-Kalibrering och möjliggör tillförlitlig mätning över ett brett temperaturområde.

Sammanfattning

RTD:er mäter temperatur genom att följa hur resistansen förändras med värme. Platina är det mest använda materialet tack vare dess stabilitet, renhet och repeterbara egenskaper. RTD:er är noggranna, kräver ingen Referenspunkt och använder standardkabeldragning—vilket gör dem idealiska för många industriella tillämpningar.

Sambandet mellan temperatur och resistans beskrivs av polynomekvationer och standardiseras i IEC 60751, som definierar kalibreringskonstanter och toleransklasser. För noggrann prestanda måste RTD-elementet förbli kemiskt stabilt, fysiskt oförändrat och fritt från belastning eller kontaminering.

Vidare läsning

RTD kontra Termoelement – Välja rätt givare
Utforska egenskaperna och kännetecknen hos termoelement och RTD:er

RTD-utdatatabeller
Visa tabeller över resistans kontra temperatur för alla Pt100-givare.

Vad är RTD-färgkoderna?
Utforska RTD-färgkoder och kopplingskonfigurationer.