سنسور RTD سه سیمه، یکی از محبوب‌ترین و متداول‌ترین انواع کاوشگرهای دمای مقاومتی است که در طیف وسیعی از صنایع به کار گرفته می‌شود. این سنسورها به صورت هوشمندانه‌ای طراحی شده‌اند تا دو سیم حسگر به دستگاه مانیتورینگ متصل شود و سیم سوم در سمت دیگر قرار گیرد. این پیکربندی، امکان جبران مقاومت اضافی در مدار را فراهم می‌کند و در نتیجه، دقت خوانش دما را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.
تعریف RTD ها
حسگرهای RTD (حسگرهای مقاومت دمایی) در صنعت و فرآیندهای تولید، به دلیل دقت و قابلیت اطمینان بالا، بسیار محبوب و پرکاربرد هستند. این حسگرها در طیف وسیعی از محدوده‌های دمایی عملکردی قابل اعتماد و پایدار دارند و به همین دلیل، در بسیاری از کاربردهای صنعتی، انتخاب اول محسوب می‌شوند. RTDها با تکرارپذیری و دقت بالا، به عنوان ابزارهایی ضروری برای نظارت و کنترل دما در فرآیندهای مختلف، شناخته می‌شوند.
برخی مواد، خصوصیتی جالب دارند که مقاومت الکتریکی آن‌ها با تغییر دما، متغیر است. این ویژگی منحصر به فرد، پایه و اساس فناوری RTDها است. RTDها با استفاده از سیم‌هایی از فلزاتی مانند پلاتین، نیکل یا مس، قادر به اندازه‌گیری دما در فرآیندهای مختلف هستند. این فناوری، رابطه بین مقاومت الکتریکی و دما را به کار می‌گیرد تا دمای محیط را به دقت تعیین کند.
ساختار RTD سه سیمه و استاندارد آن
مقاومت بین سیم‌های 1 و 2 محاسبه می‌شود، و سپس با کاهش مقاومت بین سیم‌های 2 و 3، مقاومت کلی اندازه‌گیری می‌گردد. این روش، حسگر مقاومتی دما (Rb) را با دقت بالایی اندازه‌گیری می‌کند. در این فرایند، همه سیم‌ها مقاومت مشابهی را ثبت می‌کنند، بنابراین ضروری است که این سیم‌ها کاملاً یکسان باشند.
برای کاهش اثرات مقاومت در سیم‌های پایه، می‌توان از یک تکنیک هوشمندانه استفاده کرد. این روش شامل قرار دادن دو پایه سنسور بر روی بازوهای مجاور است، که هر بازو دارای یک مقاومت سربی است. زمانی که این مقاومت‌ها با دقت تنظیم شوند، می‌توان مقاومت کلی را به حداقل رساند و عملکرد بهینه‌تری را تضمین کرد.
در مداری با سه سیم، دو منبع جریان ثابت به کار می‌روند تا محدودیت‌های مدار سنسور دو سیم را برطرف کنند. منبع جریان IK2، مشابه مدار دو سیم، برای اندازه‌گیری مقاومت وابسته به دما RT، شامل مقاومت‌های تماس سرب و ترمینال، استفاده می‌شود. یک منبع جریان اضافی، IK1، به همراه سیم سوم، برای جبران مقاومت‌های تماس به طور مجزا به کار گرفته می‌شود. با فرض یکسان بودن مقاومت‌های سرب و ترمینال در هر سه پایه، می‌توان تأثیرات منفی بر دقت اندازه‌گیری دما را حذف کرد. با این حال، بررسی‌ها نشان داده‌اند که تضمینی برای یکسان بودن مقاومت‌های ترمینال در همه موارد وجود ندارد.
در یک پیکربندی آر تی دی 3 سیمه، هر یک از سیم ها به صورت زیر متصل می گردند:
- سیم شماره 1: این سیم جریان را از ابزار اندازه گیری به یک ترمینال حسگر مقائمتی RTD منتقل می کند.
- سیم شماره 2: این سیم ترمینال دیگر حسگر RTD را به نقطه اتصال بین دو مقاومت متصل می کند.
- سیم شماره 3: این سیم نقطه اتصال را به ابزار اندازه گیری متصل می کند.
در اتصال دو مقاومت، معمولاً از مقاومت‌های هم‌ارزش به عنوان جبران‌کننده استفاده می‌شود. این مقاومت‌ها برای خنثی کردن اثرات مقاومت سیم‌های رابط به کار می‌روند و خطاهای احتمالی را به‌طور مؤثر کاهش می‌دهند.
در اینجا نحوه عملکرد فرآیند اندازه گیری آمده است:
جریان الکتریکی از سیم اول عبور کرده و از حسگر RTD می‌گذرد، که مقاومت آن به دما بستگی دارد. افت ولتاژ در عنصر RTD، بین نقطه اتصال (متصل به سیم دوم) و دستگاه اندازه‌گیری (متصل به سیم سوم) اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت‌های جبرانی در پایه‌های سیم قرار داده شده‌اند تا مقاومت سیم‌های رابط را خنثی کنند. دستگاه اندازه‌گیری، دما را با محاسبه اختلاف ولتاژ بین نقطه اتصال و خود دستگاه و با استفاده از مشخصات عنصر RTD تعیین می‌کند.
استاندارد RTD سه سیم
RTD های سه سیمه به منظور افزایش دقت اندازه‌گیری، مجهز به سیم سوم هستند. این سیم اضافی، مقاومت سیم‌های رابط را محاسبه می‌کند و این مقدار را از خوانش نهایی کم می‌نماید. این روش، تأثیر مقاومت سیم‌های بلند را در اندازه‌گیری دما خنثی می‌کند و در نتیجه، دقت فرآیند اندازه‌گیری را بهبود می‌بخشد.
حسگرهای مقاومتی دما سه سیمه (RTD) به دلیل کارایی و قیمت مناسب، در صنایع مختلف محبوبیت بالایی دارند. این حسگرها در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی، به ویژه در بخش‌هایی مانند نفت و گاز، پالایشگاه‌ها، صنایع پتروشیمی، فولاد، معدن و صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. RTDهای سه سیم با ارائه دقت و تکرارپذیری بالا در اندازه‌گیری دما، به همراه هزینه منطقی، به گزینه‌ای محبوب در میان تولیدکنندگان تجهیزات تبدیل شده‌اند. این سنسورها به عنوان استاندارد صنعت برای نظارت بر دما در کاربردهای مختلف پذیرفته شده‌اند.
انتخاب صحیحی حسگر دما مقاومتی RTD سه سیم
انتخاب صحیح حسگر دما مقاومتی RTD سه سیم می‌تواند نقش مهمی در دقت اندازه‌گیری دما داشته باشد. حسگرهای RTD به دلیل دقت و پایداری بالا، به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این حسگرها معمولاً از جنس پلاتین ساخته می‌شوند که مقاومت الکتریکی آن با تغییر دما تغییر می‌کند. یکی از مزایای استفاده از حسگرهای سه سیم نسبت به نوع دو سیم، توانایی جبران مقاومت سیم‌های اتصال است که دقت اندازه‌گیری را بهبود می‌بخشد. این ویژگی به خصوص در کاربردهایی که نیاز به دقت بالا و اندازه‌گیری‌های حساس وجود دارد، بسیار حائز اهمیت است. هنگام انتخاب یک RTD مناسب، توجه به عواملی مانند محدوده دما، دقت مورد نیاز و شرایط محیطی که حسگر در آن قرار می‌گیرد، بسیار مهم است. با توجه به این موارد، می‌توان حسگری را انتخاب کرد که بهترین عملکرد و کارایی را در شرایط مختلف ارائه دهد.