سنسور RTD چیست؟

سنسور RTD تجهیزی است که دما را بر اساس تغییرات مقاومت در یک مقاومت فلزی در داخل اندازه گیری می کند. محبوب ترین RTD ها که سنسورهای PT100 نامیده می شوند از پلاتین استفاده می کنند و دارای مقاومت 100 اهم در دمای 0 درجه سانتیگراد هستند.

دقت: RTD ها به طور کلی دقیق تر از ترموکوپل ها هستند. RTD ها به طور معمول در اکثر موارد دقت 0.1 درجه سانتیگراد دارند ، در مقایسه با 1 درجه سانتیگراد. با این حال ، برخی از مدل های ترموکوپل می توانند با دقت RTD مطابقت داشته باشند. بسیاری از عواملی که می توانند روی دقت سنسور تأثیر بگذارند شامل خطی بودن ، تکرارپذیری یا ثبات است.

برای خرید آنلاین بر روی سنسور RTD کلیک کناید.

بررسی انواع سنسور RTD

سنسور های RTD یکی از پر مصرف ترین تجهیزات ابزار دقیق در صنعت می باشند. انواع سنسور مقاومتی دما صنعتی آروان ( ARVAN ) در بخش های صنعتی از جمله نفت و گاز ، پالایش و پتروشیمی ، فولاد ، نیروگاه ، سیمان ، داروسازی ، مواد غذایی و… کاربرد دارند. شرکت آروان صنعت هیراد یکی از تولید کننده های پیشرو در زمینه انواع سنسور های دما بخصوص سنسور PT100 ، سنسور PT1000 ، ترموکوپل و ترمیستور می باشد.

در این راستا ما می خواهیم در هر جایی از صنایع که از تجهیزات ابزار دقیق و حرارتی آروان استفاده می کنند، نام ARVAN در ردیف شرکت های خوشنام قرار قرار گیرد. از این رو همواره محصولاتمان را با گارانتی و خدمات پس از فروش بلند مدت به مشتریان عزیز عرضه می نماییم. ما بر خود وظیفه می دانیم که قبل از خرید کلیه اقدامات لازم مهندسی خرید را انجام دهیم، تا شما بهترین گزینه را برای کاربرد مد نظرتان انتخاب کنید. از نظر ما اولین خرید شما از مجموعه آروان صنعت ، آغاز یک همکاری بلند مدت و صادقانه می باشد.

همچنین در قسمت مقالات نیز روش های ساخت، ساختمان، کاتالوگ، قیمت خرید و فروش سنسور PT100 و PT1000 از زوایای مختلف بررسی کرده ایم. شما می توانید با خواندن این مقالات اطلاعات خود را در زمینه انواع سنسور دما صنعتی بروز کرده و افزایش دهید.

سنسور مقاومتی RTD دما صنعتی

آروان صنعت پس از سال ها فعالیت در زمینه تولید ، واردات و صادرات انواع سنسورهای دما صنعتی از جمله ترموکوپل و پی تی صد ( PT100 ) ، تجربه زیادی کسب نموده است. در طی مسیر پر پیچ و خم تولید تجهیزات ابزار دقیق پیشرفته و حرارتی ، هر چه جلوتر رفتیم مدیران ارشد آروان صنعت حساسیت بیشتری نسبت به کیفیت تولید محصولات نشان دادند.

تاثیر ساختمان PT100 و RTD بر دقت اندازه گیری آن ها

همانطور که می دانید دقت اندازه گیری و زمان واکنش نشان دادن سنسورهای RTD و بخصوص سنسور PT100 بسیار مهم هستند. بطوریکه خسارات ناشی از پایین بودن دقت اندازه گیری و زمان طولانی واکنش نشان دادن سنسور دما صنعتی ، غیر قابل جبران است. در بسیاری از مواقع دیده شده است که قیمت خرید و فروش سنسور PT100 بر روی روش و متریال ساخت و همچنین ساختمان سنسور PT100 تاثیر منفی می گذارند!

ساخت سنسور PT100 و RTD

ساخت سنسور های RTD با دقت و کیفیت زیاد در سریع ترین زمان ممکن توسط ما انجام و تحویل می گردد. بخش تحقیق و توسعه آروان صنعت به همراه بخش تولید و کنترل کیفیت همواره در تلاش هستند که دقت اندازه گیری سنسور ها در بهترین وضعیت ممکن باشد. لذا پیگیری موضوعات و مشکلات شما عزیزان را بر خود واجب می دانیم و بهترین راه حل ها را به شما عیزان ارائه می دهیم. یکی از مشکلاتی که معمولاً در سنسورهای RTD پیش می آید، تعیین دقت اندازه گیری این تجهیزات است. لذا پس از انجام هماهنگی های لازم سنسورها را جهت تعیین دقت اندازه گیری و مشخص شدن زمان واکنش ( Response Time ) به آزمایشگاه کالیبراسیون مرجع ارسال می کنیم.

سال ها فعالیت در زمینه واردات و تولید انواع سنسور RTD و PT100 تجربه های ارزشمندی را برای ما ارمغان آورده است. این تجربیات به صورت منحصر به فردی حاصل از نظرات و همکاری مشتریان همیشگی و دلسوز مجموعه آروان صنعت می باشند. به طور مثال در سال گذشته ساخت سنسورهای PT100 و PT1000 مورد نیاز چند شرکت داروسازی را بر عهده داشتیم. بدین منظور ساختمان PT100 را به گونه ای طراحی و تولید کردیم تا علاوه بر کیفیت ، قیمت سنسور PT100 نیز در محدوده قابل قبولی باشند.

عیب‌یابی و خود–کالیبراسیون درجا سنسورهای RTD

در این بخش قصد داریم مطلبی را خدمت شما عزیزان ارائه دهیم که کمتر سایتی فارسی زبانی به آن اشاره کرده است. این موضوع به عیب‌ یابی و خود–کالیبراسیون درجا سنسورهای RTD بر پایه پالس Joule + طیف‌ سنجی امپدانس مشهور است.

چرا این روش متفاوت و مفید است؟

حسگرهای دمای مقاومتی RTD، مستعد خطاهای ناشی از آلودگی، خوردگی فلزی و تغییرات تماس مکانیکی هستند؛ این خطاها معمولاً قبل از اینکه در خروجی دما توسط اپراتور دیده شوند، با نشانه‌ های الکتریکی نظیر تغییر امپدانس و پاسخ گذرا همراه‌ اند. تحقیقات و کاربردهای EIS نشان می‌ دهند که پوشش و تغییر ساختار فلزی پلاتین را می‌ توان با تحلیل امپدانس آشکار کرد. اندازه‌ گیری‌ های مرسوم RTD تحت تأثیر عامل self-heating از جریان اندازه‌ گیری قرار می‌ گیرند؛ پروتکل پالس‌ شده می‌ تواند self-heating را کنترل، اندازه‌ گیری و از آن برای کالیبراسیون استفاده کند.

ترکیب دو روش پالس Joule + sweep امپدانسی یا فرکانسی امکان تفکیک علل خطا مثلاً لایه اکسیدی در مقابل اتصال سرد ناقص  در برابر افزایش مقاومت سیم را می‌دهد و این امکان را فراهم می‌ کند که سیستم به‌ صورت خودکار یا نیمه‌ خودکار اصلاح کند یا هشدار سرویس بدهد.

پیاده سازی اصول فنی به زبان ساده

از یک جریان کوتاه و کنترل‌ شده (I_pulse) استفاده می‌ کنیم تا مقدار ΔT_joule کوچک و اندازه‌ پذیر ایجاد گردد؛ اندازه‌ گیری ΔR (یا ΔT مبدل‌شده از R) ناشی از این پالس نشان‌ دهنده حساسیت ترمودینامیکی عنصر و همچنین اثر self-heating است. در مرحله بعد، با تزریق سیگنال AC کوچک در فرکانس‌ های مختلف مثل 100 Hz تا 100 kHz امپدانس |Z(f)| و فاز φ(f) را اندازه گیری می‌ کنیم. لایه‌ های اکسیدی یا آلودگی یا تغییرات تماس، رفتار فرکانسی خاصی تولید می‌ کنند که از حالت نرمال متمایز است.  در مرحله آخر، ترکیب شاخص‌ های گذرا t_rise, t_fall, انرژی تحت منحنی پالس و مشخصه های طیفی Z_ratio، شیب فاز یک به اصلاح اثر انگلشت از وضعیت سنسور می‌ سازد که می‌ توان آن را با مرجع به صورت حرفه ای مقایسه کرد.

مثال زیر را در نظیر بگیرید:

1. مرجع صحیح می شود ΔR/ΔT (S1_ref) = 0.003 Ω/°C، Z(100)/Z(10k) = 1.05
2. اگر S1 کاهش 10% نسبت به مرجع → هشدار اولیه که نشانهٔ کاهش حساسیت یا چسبندگی حرارتی است.
3. اگر Z_ratio > 1.5 → احتمال لایهٔ عایق/اکسید یا اتصال ضعیف است که بایستی به صورت فیزیکی مورد بررسی قرار گیرد.

استفاده از ترموکوپل به‌ عنوان دماسنج تکمیلی در کنار حسگر دما مقاومتی RTD

به منظور افزایش اطمینان‌ پذیری و پاسخدهی سیستم‌ های مبتنی بر حسگر دمای مقاومتی RTD، یک ترموکوپل کوچک و ارزان قیمت را کنار RTD نصب کنید تا پالس‌ ها و تغییرات گذرای سریع ترزی‌ یا آرک‌ های حرارتی، پالس‌ های ناشی از جریان، یا ضربه‌ های حرارتی را شکار کرده و با یک الگوریتم فیوژن سیگنال خروجی RTD را در زمان واقعی اصلاح یا علامت‌ گذاری کند. چرا این موضوع نادر است؟ در منابع فارسی راجع به مقایسه RTD و ترموکوپل زیاد نوشته‌ اند، ولی توضیح عملی یک پروتکل صحیح برای ترموکوپل به‌ عنوان آشکار ساز گذرا برای سیستم‌ های RTD همراه با جزئیات نصب و کالیبراسیون معمولاً کمتر مطرح شده است.

دلایل فنی

-ترموکوپل‌ ها معمولاً به‌ مراتب سریع‌ تر از RTD ها به تغییرات دمایی سریع واکنش می‌ دهند؛ این نکته در مستندات فنی و منابع صنعتی توضیح داده شده است. بنابراین ترموکوپل می‌ تواند پالس‌های کوتاه‌ مدت را ثبت کند و قبل از اینکه RTD آن را ببیند، هشدار دهد.

-حسگرهای دمای مقاومتی آر تی دی در دقت، بلند مدت و پایدار بودن بهترند که این مورد مطابق با استانداردهای IEC 60751 مرجع کلاس‌ بندی و دقت RTD است. بنابراین ترکیب سنسور سریع + سنسور دقیق بهترین ترکیب برای بسیاری از فرآیندها است.

موارد کاربردی

• کنترل پروفایل حرارتی خطوط تولید که هم به دقت و هم به تشخیص ضربه‌ های سریع نیاز دارند مثلاً صنایع شیشه، تزریق پلاستیک.
• سنسورهای RTD برای اندازه‌گیری متوسط؛ ترموکوپل برای شکار پالسِ قوس یا تماس جرقه‌ زن.
• فرآیندهای حرارتی که در آن‌ها تغییرات لحظه‌ای کیفیت محصول را تحت‌ تأثیر قرار می‌ دهد.
• مدل‌ های فیوژن چندحسی برای بهبود مشخصه های حسگر دما قبلاً در ادبیات تخصصی بررسی شده‌ اند. یعنی اساس علمی ترکیب سیگنال‌ ها موجود است.

طراحی و چیدمان سخت‌ افزاری

در ادامه به بررسی طراحی و چیدمان سخت افزاری ایده می پردازیم:

حسگرها و چیدمان

اول از همه یک حسگر دمای مقاومتی RTD نوع PT100 را با ترموول یا غلاف مناسب که مطابق با استاندارد IEC 60751 باشد، تهیه کنید. سپس یک حسگر دما ترموکوپل نوع T یا K را بسته به محیط مورد استفاده با نوکِ exposed یا grounded در فاصله 2–10 میلیمتری از نوک RTD قرار دهید. در مرحله آخر، کابل‌ کشی جداگانه تا اولین ترمینال را انجام دهید؛ هر دو سیگنال به ترنسمیتر/DAQ با ورودی‌ های مجزا وارد شوند.

الکترونیک و فیلترینگ

1. ورودی‌ های TC از یک AFE ترموکوپل یا ترنسمیتر با جبران اتصال سرد.
2. RTD به پل یا ترنسمیتر با رزولوشن بالا وصل شود.
3. برای محیط‌ های پر نویز، از شیلد، زوج بهم تابیده و ایزولاسیون گالوانیکی استفاده کنید.

الگوریتم فیوژن ساده برای PLC یا IIoT

هدف از تشخیص پالس، ترکیب و اصلاح یا علامت‌گذاری خروجی RTD براساس تشخیص نوع ترموکوپل است. در ادامه کد الگوریتم برای شما عزیزان آورده شده است:

# نمونه‌برداری (مثال): RTD @ 10 sps, TC @ 200 sps
read_TC_highrate() # buffer_short
read_RTD_slower() # buffer_long

if detect_spike_in_TC(buffer_short, threshold_TC):
tag_event(“transient_detected”, timestamp)
# اگر spike در TC تا ΔT_threshold بزرگ باشد:
if amplitude_TC > TC_alarm_level:
set_RTD_status(“suspect_transient”)
apply_soft_filter_on_RTD(read_RTD) # جلوگیری از قضاوت اشتباه کنترلر
log_event(TC_peak, RTD_value, action)
else:
normal_operation()

نکته مهم:
اگر ترموکوپل یک پالس گذرا بزرگ ثبت کرد اما آر تی دی نه: لطفا به تصمیم کنترل نپرید به عنوان مثال در زمان قطعی)، بلکه RTD را در حالت موردنظر قرار دهید و عملیات را به اپراتور یا سیستم نگهداری اطلاع دهید. اگر پالس در ترموکوپل تکرار شود یا همزمان RTD بالا رود، بایستی حتما اقدام حفاظتی یا قطع فوری انجام گردد.

مثال عددی عملی برای تنظیم کردن

تنظیم پایه که می شود RTD کلاس A، TC نوع K.

نمونه‌ برداری پیشنهادی که می شود TC = 200 sps، RTD = 10 sps.

افزایش ≥ 5°C در ≤ 0.1 s هشدار rapid-spike.

یک spike منفرد tag + مانیتور؛ سه spike در 60 s → trigger maintenance/alert.

اعداد بالا فقط مثال هستند و برای هر کاربرد باید براساس تست میدانی کالیبره گردند.

محدودیت‌ ها و ملاحظات ایمنی

این روش مکمل است، جایگزین کالیبراسیون یا استانداردهای مرجع مثل IEC 60751 نیست؛ RTD‌ ها همچنان منبع دقت مرجع‌اند. همچنین ورودی‌ های ترموکوپل بایستی به‌ طور صحیح شیلد و ایزوله شوند تا نویز به اشتباه به‌عنوان spike ثبت نگردد. علاه بر این، قبل از استناد به این روش برای تصمیمات حفاظتی، تست‌ و پروند ه‌سازی میدانی (ثبت وقایع ها، ویدئو/IR در زمان رخداد بسیار مهم است.

نتیجه گیری

در این مقاله به طور کامل درباره موضوع سنسور RTD چیست صحبت کردیم و مطالب کاملی را خدمت شما عزیزان ارائه دادیم. حسگرهای دمای مقاومتی آر تی دی، در حال حاضر در بسیاری از صنایع کوچک و بزرگ مورد استفاده قرار میگیرند. در انتها اگر سوالی داشتید، در بخش دیدگاه های همین مقاله حتماً آن را مطرح فرمایید تا به آن پاسخ دهیم.