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Fazendo um Circuito Medidor de Temperatura RTD

Neste post aprendemos a fazer um circuito medidor de temperatura RTD, e também aprendemos sobre diferentes RTDs e seus princípios de funcionamento através de fórmulas.

O que é um RTD

Um RTD ou detector de temperatura de resistência funciona detectando a diferença ou um aumento na resistência do metal do sensor quando submetido ao calor.

Esta mudança na temperatura do elemento sendo diretamente proporcional ao calor, fornece uma leitura direta dos níveis de temperatura aplicados.

O artigo explica como funcionam os rtds e também como fazer um circuito simples de sensor de alta temperatura usando um dispositivo RTD caseiro.

Uma leitura direta na forma de valores de resistência variáveis ​​pode ser obtida aquecendo uma “bobina de aquecimento” comum ou um elemento de “ferro”.

A resistência sendo diretamente equivalente ao calor submetido, corresponde ao calor aplicado e torna-se mensurável em um ohmímetro digital comum. Saber mais.

Como funcionam os medidores de temperatura RTD

Todos os metais têm esta propriedade fundamental em comum, ou seja, todos eles mudam sua resistência ou o grau de condutância em resposta ao calor ou ao aumento da temperatura. A resistência de um metal aumenta à medida que é aquecido e vice-versa. Esta propriedade dos metais é explorada em RTDs.

A variação acima na resistência do metal está obviamente relacionada à corrente elétrica e significa que, se a corrente for passada através de um metal que é submetido a alguma mudança de temperatura, oferecerá níveis correspondentes de resistência à corrente aplicada.

A corrente também varia proporcionalmente com a resistência variável do metal; esta variação na saída de corrente é lida diretamente em um medidor devidamente calibrado. É assim que basicamente um medidor de temperatura RTD funciona como um sensor ou transdutor térmico.

Os RTDs são normalmente especificados em 100 Ohms, o que significa que o elemento deve apresentar resistência de 100 Ohms a zero grau Celsius.

Os RTDs são geralmente compostos pelo metal nobre Platina devido às suas excelentes características metálicas como inércia a produtos químicos, boa resposta linear à temperatura versus gradiente de resistência, grande coeficiente de temperatura de resistência, proporcionando maior faixa de medições e estabilidade (capacidade de manter temperaturas e restringir mudança repentina).

Partes principais de um RTD

A figura acima de um medidor de temperatura RTD simples mostra o projeto básico de um dispositivo RTD padrão. É um tipo simples de transdutor térmico composto pelos seguintes componentes principais:

Um gabinete externo, feito de algum material resistente ao calor, como vidro ou metal, e selado externamente.

O invólucro acima envolve um fio de metal fino que é usado como elemento de detecção de calor.

O elemento é terminado através de dois fios flexíveis externos que atuam como fonte de corrente para o transdutor ou o elemento metálico fechado.

O elemento de fio é colocado com precisão dentro do gabinete para que seja distribuído proporcionalmente por todo o comprimento do gabinete.

O que é resistividade

O princípio básico de funcionamento dos RTDs baseia-se no fato de que a maioria dos condutores apresenta uma variação linear em sua característica fundamental (condutância ou resistência), quando submetidos a temperaturas variadas.

Precisamente, é a resistividade do metal que muda significativamente em resposta às variações de temperatura.

Esta variação na resistividade de um metal correspondente às mudanças de temperatura aplicadas é denominada como coeficiente de temperatura de resistência ou alfa e é expressa através da seguinte fórmula:

alfa=d(rho)/dT = dR/dT ohms/oC (1)

onde rho é a resistividade do elemento ou do fio metálico utilizado, R é sua resistência em Ohms com uma configuração especificada.

Como calcular a resistividade

A fórmula acima pode ser aplicada adicionalmente para determinar a temperatura de um sistema desconhecido através da expressão geral de R como dado na seguinte equação:

R = R(0) + alfa (0 grau + Tx), onde R(0) é a resistência do sensor a zero grau Celsius e Tx é a temperatura do elemento.

A expressão acima pode ser simplificada e escrita como:

Tx = {R – R(0)}/alpha Portanto, quando R = R(0), Tx é = 0 grau Celsius, ou quando R > R(0), Tx > zero grau Celsius, porém em R > R(0 ), Tx < 0 graus Celsius.

Será importante observar que, para obter resultados confiáveis ​​ao usar RTDs, a temperatura aplicada deve ser distribuída uniformemente por todo o comprimento do elemento sensor, caso contrário, pode resultar em leituras imprecisas e inconsistentes na saída.

Tipos de RTDs

As condições explicadas acima referem-se ao funcionamento de um RTD básico do tipo dois fios, no entanto, devido a muitas restrições práticas, um RTD de dois fios nunca é preciso.
Para tornar os dispositivos mais precisos, normalmente são incorporados circuitos adicionais na forma de uma ponte de pedra de trigo.
Esses RTDs podem ser classificados nos tipos de 3 e 4 fios.

RTD de três fios: O diagrama mostra conexões típicas de RTD de 3 fios. Aqui, a corrente de medição flui através de L1 e L3 enquanto L3 se comporta apenas como um dos condutores de potencial.

Enquanto a ponte estiver em condição equilibrada, nenhuma corrente passa por L2, no entanto L1 e L3 estando em braços separados da rede de wheatstone, as resistências são anuladas e assumem uma alta impedância em Eo, também as resistências entre L2 e L3 são mantidas em valores idênticos.

O parâmetro garante a utilização de, no máximo, 100 metros de fio a ser terminado desde o sensor até o circuito receptor e ainda mantém a precisão dentro de 5% dos níveis de tolerância.

RTD de quatro fios: O RTD de quatro fios é provavelmente a técnica mais eficiente de produzir resultados precisos, mesmo quando o rtd real é colocado a distâncias muito distantes da tela do monitor.

O método cancela todas as discrepâncias do fio condutor para produzir leituras extremamente precisas. O princípio de operação é baseado em fornecer uma corrente constante através do RTD e medir a tensão através dele através de um dispositivo de medição de alta impedância.

O método elimina a inclusão de uma rede de ponte e ainda fornece resultados muito confiáveis. A figura mostra um layout típico de fiação RTD de quatro fios; aqui uma corrente constante precisamente dimensionada derivada de uma fonte adequada é aplicada através de L1, L4 e o RTD.

Um resultado proporcional fica disponível diretamente no RTD através de L2 e L3 e pode ser medido com um DVM de alta impedância, independentemente de sua distância do elemento sensor. Aqui, L1, L2, L3 e L4, que são as resistências dos fios, tornam-se valores insignificantes que não têm influência nas leituras reais.

Como fazer um sensor de alta temperatura RTD caseiro

Uma unidade de sensor de alta temperatura pode ser projetada usando um “elemento de aquecimento” comum, como uma bobina de aquecimento ou um elemento de “ferro”. O princípio de operação é baseado nas discussões acima.

As conexões são simples e precisam apenas ser construídas conforme mostrado no DIAGRAMA a seguir.

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FONTE


Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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