دماسنج مقاومتی چیست؟ (Resistance Thermometer)

دماسنج مقاومتی چیست؟ (Resistance Thermometer)

دماسنج مقاومت پلاتین در گذشته تنها به عنوان یک استاندارد آزمایشگاهی استفاده می شد، ولی پیشرفت هایی که در ساختمان این نوع دماسنج ها و به طور کلی دماسنج های مقاومتی Resistance Thermometer حاصل شده است منجر به استفاده از این نوع دماسنج ها در زمینه هایی شده است که قبلا ترموکوپل ها در آن زمینه کاربرد داشتند. به خصوص بسیاری از فرآیندهای صنعتی که زمان لازم بود کاملا کنترل شوند تا تغییرات دما در حدود 100C باشد اکنون بایستی در محدوده تغییرات بسیار کمتری کار کنند.

برای خرید ماسنج مقاومتی به لینک های زیر مراجعه بفرمائید :

امروزه تاکیید بر کنترل کیفیت و یکنواخت بودن محصول نیازمند این است که کنترل دما در فرآیند تولید خیلی بیشتر از گذشته مورد توجه قرار گیرد.

اگرچه تعداد از مواد صنعتی موجودند که در دماسنج های مقاومتی مورد استفاده قرار می گیرند، ولی فلز پلاتین دارای این امتیاز قابل توجه است که می توان از آن به عنوان ماده ای برای استاندارد بین المللی دما در محدوده -270 ⁰C تا +660 ⁰C استفاده کرد. از نوع آزمایشگاهی دماسنج مقاومت پلاتینی برای کالیبره کردن دماسنج های دیگر استفاده می شود. اما حجم زیادی از دستگاه اندازه گیری را به خود اختصاص می دهد. نوع مینیاتوری این دماسنج ها نیز قابل تهیه است که در آنها دقت مقاومت پلاتین مورد توجه قرار گرفته و در ضمن جنس پلاتین در مقابل خوردگی محیط کار مقاوم است. اگرچه نیکل و مس هم برای موارد خاصی در محدوده های دمای پایین تر مورد استفاده قرار می گیرند ولی پلاتین دارای این امتیاز است که به صورت پلاتین کاملا خالص قابل تهیه است و در مقابل خوردگی نیز مقاومت زیاد دارد و نسبت دما / مقاومت در مورد این فلز در محدوده وسیعی از دماها کاملا خطی است. در ضمن این فلز از نظر الکتریکی و مکانیکی بسیار پایدار است، بطوری که انحراف مقدار مقاومت فلز با گذشت زمان دارای مقدار بسیار جزئی است.

عوامل دیگری که باعث شده اند استفاده از دماسنج های مقاومت پلاتین روز افزون شود پیشرفت های سیستم های اندازه گیری است که در آنها استانداردهای بالای مبتنی بر سیستم مقاومت پلاتین و کاربری آسان تر مراعات شده است. کابل های رابط دماسنج مقاومت پلاتین را می توان از جنس کابل مسی معمولی در نظر گرفت و احتیاجی به کابل های رابط جبران سازی نمی باشد.

کالیبراسیون دماسنج مقاومت پلاتین تنها یک مرتبه انجام می شود و احتیاجی به جبران سازی اتصال سرد و یا استفاده از روش های ترموستاتی برای ایجاد یک اتصال مرجع نمی باشد. قسمت اندازه گیری دماسنج را می توان ساده تر ساخت و در ضمن ایجاد طبقات اضافی به منظور جبران سازی ضرورتی ندارد.

مدار ساده پل و ستون که در دماسنج مقاومتی مورد استفاده قرار می گیرد. مقادیر مقاومت کابل های Ra و Rb بر مقاومت سنسور بایستی در اندازه گیری منظور شود.

ساختمان یک دماسنج صنعتی از نوع مقاومت پلاتین به طور کلی مقاومتر و خشن تر از نوع دماسنج سیم پیچ باز است که در یک آزمایشگاه استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد. سیم پیچ داخل یک حلزونی و یا تحت شعاع کوچکی پیچیده شده است و در نهایت همه حلزونی داخل یک میله توخالی از جنس آلومینا آب بندی شده است. اندازه ابعاد چنین وسیله ای را می توان تا حد قطر 0.8 mm و طول 5 mm کوچک در نظر گرفت و با داشتن ابعاد فوق و مشاهده دقیق مقاومت سیسم پیچ می توان دقتی تا حدود 0.01% را به دست آورد. نوع دیگری از دماسنج صنعتی وجود دارد که در ساختمان آن فیلم های لایه نازک پلاتین روی مواد سرامیکی استفاده شده ایت، که برخلاف نوع سیم پیچی شده، به صورت تولید انبوه قابل تولید بوده و قیمت آن هم خیلی کمتر تمام می شود.

این نوع دماسنج ها برای بسیاری از مصارف صنعتی مناسب ترند، اگرچه بایستی در استفاده از آنها دقت کافی مبذول داشت تا لایه نازک پلاتین در مقابل گازها و مایعاتی که در مجاورت آنها قرار می گیرد به صورت کاتالیست های شیمیایی عمل نکند.

مدار اللکتریکی مورد استفاده برای دماسنج مقاومت پلاتین به صورت یک مدار پل است و در بسیاری از موارد کاربرد یک مدار پل و ستون کافی است. در این نوع مدار، مقاومت Ra+Rb مربوط به دو سیم اتصال دهنده نیز اندازه گیری می شود، اما اگر این مقاومت در مقایسه با سیم پیچ پلاتین قابل چشم پوشی باشد (1% ویا کمتر) آنگاه مقدار خطا نیز قابل اقماض خواهد بود. در بعضی موارد، به هر صورت سیم ها دارای طول ذاتی قابل توجهی هستند و نمی توان از مقاومت آنها صرف نظر کرد و بنابراین بایستی از مدارات دیگری استفاده کرد. اگر چه روش جبران سازی کامل در تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرد، سیستم ساده تری نیز در شکل زیر تصویر شده است که درآن سه سیم مورد استفاده قرار می گیرد، به این صورت که دو سیم برای انتقال جریان مورد استفاده قرار گرفته و یک سیم تنها به عنوان سنسور ولتاژ عمل می کند. در این مدار، مقاومت اضافه شده معادل با تفاضل بین کابل های اصلی رابط است. این مقدار مقاومت برای همه سیستم های اندازه گیری صنعتی عملی، قابل چشم پوشی است. اساس سیستم فوق را می توان به یک سیستم چهار سیمه نیز تعمیم داد به طوری که دو رشته کابل جریان مدار پل را تامین کنند و دو رشته دیگر به عنوان اتصالات ولتاژ عمل کنند.

یک مدار جبران سازی سه سیم که در آن مقاومت کابل تقریبا متعادل شده است، تنها اختلاف در مقاومت کابل به مقاومت سنسور افزوده شده است.

در تمام کاربردهای دماسنج مقاومتی، مقدار جریان مورد استفاده در مدار پل بایستی آنقدر ناچیز باشد که بتوان از خود گرمایی سنسور پلاتین صرف نظر کرد. این امر باعث تضاد بین حساسیت و دقت می شود، زیرا هر چه جریان عبوری از مقاومت کم پلاتین بیشتر باشد، ولتاژ اندازه گیری شده بیشتر خواهد بود و بنابراین استفاده از مدار پل آسانتر خواهد بود. با استفاده از تقویت کننده های الکترونیکی که دارای آمپدانس ورودی بسیار زیادی هستند می توان مدارات پل اندازه گیری را به گونه ای طراحی کرد که نه تنها جریان بسیار کمی لازم داشته باشد بلکه حساسیت دستگاه پل نیز در حد مطلوب ثابت باقی بماند. اما اگر بنا باشد هد دماسنج مقاومت پلاتین که به پل اندازه گیر وصل شده تعویض شود بایستی نکاتی را مورد توجه قرار داد تا اطمینان حاصل شود که جریان پل به اندازه کافی پایین بوده و باعث خودگرمایی نمی شود. مقاومت سنسورهای از نوع لایه فیلم از نوع قدیمی سیستمی بیشتر است و نوع لایه ای احتیاج به جریان های کمتری دارد.

جدول زیر مقایسه بین ترموکوپل و ترمومترهای مقاومتی می باشد، با داشتن اطلاعات این جدول می توان سیستم اندازه گیری دمای مناسب را برای مصارف صنعتی انتخاب کرد.

ماده مورد استفاده در دماسنج مقاومتی

دماسنج مقاومت از یک عنصر حساس ساخته شده از فلزات بسیار خالص مانند پلاتین ، مس یا نیکل استفاده می کند. مقاومت فلز به طور مستقیم با درجه حرارت متناسب است. بیشتر از پلاتین در دماسنج مقاومت استفاده می شود. پلاتین از پایداری بالایی برخوردار است و می تواند درجه حرارت بالایی را تحمل کند.

طلا و نقره برای RTD استفاده نمی شود زیرا مقاومت کمی دارند. تنگستن مقاومت بالایی دارد ، اما بسیار شکننده است. مس برای ساخت عنصر RTD استفاده می شود. مس مقاومت کمی دارد و همچنین ارزان تر است. تنها نقطه ضعف مس این است که از خطی کم برخوردار است. حداکثر دمای مس در حدود 120 درجه سانتیگراد است.

ماده RTD از پلاتین ، نیکل یا آلیاژهای نیکل ساخته شده است. سیم های نیکل برای یک محدوده دمای محدود استفاده می شوند ، اما کاملاً غیرخطی هستند.

موارد زیر الزامات هادی مورد استفاده در RTDs است.

1- مقاومت مواد بسیار زیاد است به گونه ای که حداقل حجم هادی برای ساخت و ساز استفاده می شود.
2- تغییر مقاومت مواد در مورد دما باید تا حد ممکن باشد.
3- مقاومت مواد به دما بستگی دارد.

مقاومت در برابر منحنی دما در شکل زیر نشان داده شده است. منحنی ها تقریباً خطی هستند و برای محدوده دمای کوچک بسیار مشهود است.