مقایسه سنسورهای دما RTD و ترموکوپل و کاربرد آنها

1.برای اندازه گیری دما به کدام سنسور احتیاج دارم؟ ترموکوپل یا – RTD

سنسورهای اندازه گیری دمای فرآیند را تقریبا همگی می شناسند. این سنسورها، ابزارهای جدایی ناپذیر در کنترل فرآیند بشمار می آیند و هر مهندس اتوماسیون یا ابزاردقیق چه در مرحله طراحی، راه اندازی و یا بهره برداری سیستم، ممکن است که با آنها سروکار داشته باشد. اما همیشه یک موضوع گیج کننده در زمینه انتخاب نوع سنسور وجود دارد. یادداشت امروز در حقیقت راهنمای انتخاب مناسب ترین سنسور برای اندازه گیری دما می باشد و لذا در این یادداشت سعی خواهیم کرد تا نکات کلیدی در انتخاب یک RTD و thermocouple را مرور کنیم.

2. سنسور  RTD چیست؟

مخفف Resistance Temperature Detector به معنی حسگر مقاومتی دما می باشد. RTD ها از نوع سنسورهای خطی در اندازه گیری دما می باشند که سیگنال خروجی شان به صورت یک سیگنال مقاومتی است. مقاومت اندازه گیری شده را می توان با استفاده از جداول و روش های استاندارد به مقدار دمای متناظرش تبدیل نمود. رایج ترین نوع سنسورهای RTD، سنسورهایی از جنس پلاتین هستند که با نام PT100 در صنعت شناخته میشوند. این سنسورها میتوانند در انواع دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه تولید شوند که نوع سه سیمه از بقیه رایج تر است (تعادل بین دقت و قیمت). معمولا رنگ دو سیم در RTD یکسان است و سیم سوم رنگ دیگری دارد. متاسفانه هیچ استانداردی برای رنگ بندی سیمها در RTD وجود ندارد و هر تولید کننده استاندارد خودش را دارد.

مزایا

• دقت بالا
• پایداری
• تکرار پذیری
• عمر طولانی
  معایب
• قیمت بالا
• زمان پاسخگویی پایین
• رنج دمایی کوچک (برای دماهای خیلی پایین و خیلی بالا مناسب نیست.)

3. سنسور Thermocouple چیست؟

لغت Thermocouple از ترکیب دو واژه Thermo (دما) و Couple (جفت) ساخته شده است. این سنسور ها برای اندازه گیری دما از یک جفت آلیاژ فلزی رسانا ساخته میشوند. وقتی به محل اتصال این دو آلیاژ حرارت داده شود، اختلاف پتانسیلی در دو سر آلیاژها بوجود می آید. این اختلاف پتانسیل تابع میزان حرارت اعمال شده است و بنابراین با بررسی میزان ولتاژ خروجی می توان درجه حرارت اعمال شده به ترموکوپل را تشخیص داد. رایج ترین نوع سنسور های Thermocouple در صنعت عبارتند از ترموکوپل های نوع J و k.

ترموکوپل ها دو سیم در خروجی دارند. بر اساس استاندارد، رنگ سیمها، می تواند نشان دهنده نوع ترموکوپل باشد. کد های رنگ ترموکوپل(Thermocouple Color Codes) در نقاط مختلف جهان فرق میکند. این جدول سعی کرده است استاندارد رنگ بندی را نشان دهد.

مزایا:

• قیمت ارزان
• رنج دمایی گسترده
• زمان پاسخگویی سریع و دوام زیاد در کاربردهایی که با لرزش زیاد همراه هستند.

معایب:

• دقت ترموکوپل از RTD کمتر است.
• پایداری سیگنال در طول زمان به خطر می افتد.
• در دماهای بالا به صورت متناوب نیازمند تعویض است.
• بر اساس مکانی که نصب شده است، با توجه به تغییر دمای محیط در فصول مختلف سال، ممکن است شاهد تغییر سطح سیگنال میلی ولت تولید شده توسط ترموکوپل باشیم.

4. من به کدام یک نیاز دارم؟ RTD یا Thermocouple

تا اینجا سعی کردیم یک سری اطلاعات پایه در مورد چگونگی عملکرد این سنسورها در اختیارتان بگذاریم. اکنون برای اینکه انتخاب صحیحی را انجام دهیم باید به کاربرد و نیازهای خاص پروژه توجه کنیم.
فاکتور تصمیم گیری شماره یک: دمای فرآیند.
فاکتور تصمیم گیری شماره دو: دقت اندازه گیری.

RTD و ترموکوپل

5. فاکتور تصمیم گیری شماره یک: دمای فرآیند

1. کمتر از 222 درجه سانتیگراد:  هر دو سنسور RTD و thermocouple قابل استفاده هستند. به فاکتور تصمیم گیری شماره دو بروید.
2.  بین 222 درجه و 522 درجه سانتیگراد : شما احتمالا به یک thermocouple احتیاج خواهید داشت. برای تایید به فاکتور شماره دو نگاه کنید.
3.  بیشتر از 522 درجه سانتیگراد: برای کاربردهایی که دمای فرآیند بالا دارند، به thermocouple نیاز دارید. RTD ها در این دما عملکرد درستی
   ندارند.

6. فاکتور تصمیم گیری شماره دو: دقت اندازه گیری

1. دقت مورد نیاز ± 2.1 %± یک دهم درصد± 2.21 %± یک صدم درصد: تنها یک RTD میتواند چنین سطح دقتی را به شما ارائه کند.
2. دقت مورد نیاز ± 1% (± یک درصد) یا بزرگتر – اگر میزان دقت برای شما اهمیت بالایی ندارد و یا اینکه به یک سنسور سخت جان (rugged) احتیاج دارید تا در کاربردهای با لرزش بالا دوام بیاورد، ترموکوپل برای شما مناسب است.