مقایسه RTD و ترموکوپل : کدام یک برای نیاز شما مناسب تر است؟

برای مقایسه نیاز است ویژگی های اساسی، موارد استفاده، دقت و حساسیت آنها را بیاموزید.

ما چگونه دما را اندازه گیری می کنیم؟

سنجش دما یک ضرورت اصلی برای نظارت و کنترل موثر دما در کاربردهای مختلف صنعتی است.

عدم اطمینان از دقت، اندازه گیری و کنترل نادرست دما می تواند منجر به ثبت نامناسب و معیوب دما شود. اندازه گیری های نادرست می تواند باعث خرابی تجهیزات، کیفیت پایین محصول و حتی خطرات جدی برای سلامت انسان شود.

به عنوان مثال، کنترل دمای مناسب در صنعت غذا و نوشیدنی، کیفیت، طعم و تازگی غذا را تضمین می کند. اگر دمای نظارت شده صحیح نباشد، دمای نامناسب می تواند برای سلامتی صرف کنندگان خطراتی را به همراه داشته باشد.

بسته به نوع کاربری از تجهیزات مختلف برای اندازه گیری دقیق دما استفاده می شود.

نمونه ای از دو دستگاه مورد استفاده در صنعت: ترموکوپل (T/C)و آشکارساز دمای مقاومتی (RTD) است.

ویژگی های اساسی RTD و ترموکوپل

تعریف RTD و ترموکوپل

ما با تعریف سنسور دمای مقاومتی (RTD) شروع می کنیم. RTD را می توان به عنوان یک پیچک کوچک ساخته شده از یک المان سیمی تابیده شده به عنوان یک مقاومت خیلی دقیق، عمدتاً به دور یک شیشه یا ماسوره سرامیکی ساخت.

این ساختار به آن اجازه می دهد تا آزادانه در محدوده دمایی منبسط و منقبض شود. سیم پیچی معمولا بصورت پیچک یا قفس پرنده انجام می شود.

RTD نیز یک دستگاه غیرفعال (پسیو)است. برای اندازه گیری مقاومت با تغییر دمای سنسور، RTD باید توسط یک دستگاه الکترونیکی خارجی تغذیه شود.

دستگاه الکترونیکی یک جریان الکتریکی کوچک از طریق سنسور مقاومت RTD عبور می دهد و به تبع آن یک ولتاژ خروجی کوچک برای اندازه گیری دما تولید می شود.

در مرحله بعد، اجازه دهید سنسورهای ترموکوپل (T/C) را تعریف کنیم. ترموکوپل از دو نوع فلز مختلف تشکیل شده که در یک انتها به هم جوش داده و یک اتصال ایجاد شده است.

بنابراین، هنگامی که محل اتصال دو فلز گرم یا سرد می شود، ولتاژ کمی از اثرات گرمایش یا سرمایش تولید می شود که مقدار این ولتاژ می تواند مستقیماً با دما مرتبط شود.

ترموکوپل یک تجهیز فعال (اکتیو) است.

برای ساخت سنسور RTD یا ترموکوپل از چه موادی استفاده می شود؟

برای حسگر RTD، متداول ترین عناصر استفاده شده نیکل، پلاتین یا سیم مسی هستند.

مواد مورد استفاده برای RTD

نیکل مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد و برای استفاده در محیط های سخت ایده آل است. همچنین هزینه نسبتاً پایینی نسبت به سایر مواد دارد که آن را به یک انتخاب محبوب تبدیل می کند.

با این حال، نیکل دارای ضریب دمای نسبتاً بالایی است، به این معنی که مقاومت آن به سرعت با دما تغییر می کند.

از سوی دیگر، پلاتین دارای ضریب دمای بالا است که آن را برای اندازه گیری دما بسیار دقیق می کند. همچنین در برابر خوردگی مقاوم است و برای استفاده در محیط های سخت ایده آل است.

با این وجود، پلاتین بسیار گران قیم تر از نیکل است، ، که این موضوع استفاده از آن را برای برخی کاربری ها کمتر نامطلوب می کند.

در نهایت، مس دارای رسانایی الکتریکی بالایی است که آن را برای استفاده در کاربردهایی که به زمان پاسخ سریع نیاز است، انتخاب ایده آل می کند. همچنین در مقایسه با پلاتین هزینه نسبتا پایینی دارد.

با این حال، مس به اندازه نیکل یا پلاتین در برابر خوردگی مقاوم نیست، بنابراین برای استفاده در محیط های خشن خیلی مناسب نیست.

مواد مورد استفاده برای ترموکوپل

در مورد سنسور ترموکوپل، فلزات رسانای مختلف سطوح مختلفی از ولتاژ یا شارژ کوچک تولید می کنند.

رایج ترین انواع ترموکوپل ها با یک سیستم حروف نشان داده می شوند، مانند K، J، T و E. هر حرف به ترکیب خاصی از دو فلز مختلف به کار رفته در ترموکوپل اشاره دارد.

این ترکیبات فلزی به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان مانند دقت، زمان پاسخ و محدوده دما انتخاب شده‌اند.

به عنوان مثال، ترموکوپل نوع K از فلزات کروم و آلومل ساخته شده است و اغلب در کاربردهای با دمای بالا مانند کوره ها و بویلرها استفاده می شود.

از سوی دیگر، ترموکوپل نوع J از فلزات آهن و کنستانتان ساخته شده و در کاربردهای دمای پایین مانند سیستم های تبرید استفاده می شود.

انتخاب نوع ترموکوپل مناسب به ویژگی های کاربری بستگی دارد، بنابراین انتخاب نوع مناسب برای خوانش دقیق دما ضروری است.

رنج دمایی

محدوده اندازه گیری سنسورهای RTD و ترموکوپل به نوع ماده مورد استفاده و کاربرد آن بستگی دارد. RTD را می توان در دماهای بین 200- درجه سانتیگراد تا 850+ درجه سانتیگراد استفاده کرد.

در مقایسه با آن، ترموکوپل می تواند از 250- درجه سانتیگراد تا 1800+ درجه سانتیگراد را اندازه گیری کند.

دقت و حساسیت

هنگامی که برخی از رایج ترین ویژگی های سنسورهای دمای RTD و ترموکوپل را با هم مقایسه می کنیم، همانطور که در جدول نشان داده شده است، برخی از مزایا و محدودیت های هر کدام از آنها را می توانید ببینید.

بنابراین، قبل از انتخاب تجهیز باید مزایا، معایب و محدودیت های RTD و ترموکوپل مورد بررسی قرار گیرد.

در اینجا فقط چند نکته وجود دارد که باید قبل از انتخاب RTD یا ترموکوپل در نظر بگیرید.

برای مثال، رنج اندازه گیری برای یک RTD بین 200- و 850+ درجه سانتیگراد است اما برای ترموکوپل این رنج بین 250- و 1800 درجه سانتیگراد است.

بنابراین اگر شما نیاز به اندازه‌ گیری دمایی دارید که می‌تواند تا 1000 درجه سانتی‌گراد بالا برود، ترموکوپل سنسوری است که می‌توانید انتخاب کنید. یا اگر به حساسیت بیشتری نیاز دارید، RTD گزینه بهتری است.

زمان پاسخ به مدت زمانی که طول می کشد تا یک دستگاه اندازه گیری دما، تغییر دما را پس از تغییر واقعی دما نشان دهد، اشاره دارد.

در مورد RTD ها (آشکارساز دمای مقاومتی) و ترموکوپل ها، زمان پاسخ می تواند بر اساس عوامل مختلفی از جمله اندازه و جنس دستگاه، محیط اطراف و نوع دماسنج مورد استفاده متفاوت باشد.

عموما، RTDها زمان پاسخ کندتری از ترموکوپل ها دارند اما در محدوده دمایی وسیع تری دقیق تر هستند.

در کاربردهای با دمای بالا، ترموکوپل‌ها زمان پاسخگویی سریع‌تری دارند، اما دقت آنها می‌تواند تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی قرار گیرد.

برای انتخاب تجهیز مناسب اندازه گیری دمای، مهم است که الزامات خاص کاربری از جمله دقت مورد نیاز، محدوده دما و زمان پاسخ را در نظر بگیرید.

اینها تنها تعدادی از رایج ترین ویژگی ها هستند. همیشه قبل از انتخاب هر سنسور دما به دفترچه های اطلاعات سازنده آن مراجعه کنید.

مزایا و معایب RTD و ترموکوپل ها

بنابراین، باید تمامی مزایا و معایب RTD و ترموکوپل ها قبل از انتخاب آنها در نظر گرفته شوند؟

در اینجا فقط چند نکته وجود دارد که باید قبل از انتخاب RTD یا ترموکوپل در نظر بگیرید.

مزایای RTD

• RTD ها می توانند رنج های دمایی کمتر را اندازه گیری کنند
• RTD ها دقیق تر هستند
• خروجی RTD خطی است

محدودیت های RTDها

• RTD گران تر است
• RTD برای دمای بالای 850+ درجه سانتیگراد یا به عبارت دیگر 1562 درجه فارنهایت نامناسب است.
• RTD ها نسبت به تغییرات دما کندتر واکنش نشان می دهند.

و موارد زیر برخی از نکاتی هستند که در مورد ترموکوپل باید ذکر شود.

مزایای ترموکوپل

• ترموکوپل از RTD ارزان تر است.
• ترموکوپل می تواند رنج بیشتری را اندازه گیری کند.
• زمان پاسخ (واکنش) ترموکوپل سریع تر است.

محدودیت های ترموکوپل

• خروجی ترموکوپل غیر خطی است
• ترموکوپل دقت کمی دارد.
• ترموکوپل ها در مورد نتایج خروجی پایداری ضعیفی دارند.

 

چه زمانی از ترموکوپل و RTDاستفاده کنیم؟

در کاربری هایی که شما نیاز به دقت زیاد دارید، در جایی که نگران هزینه نیستید و دمای اندازه گیری شما کمتر از +800 درجه سانتیگراد است، انتخاب RTD بهترین گزینه است.

و در مورد ترموکوپل ها در جایی کهدما از 800+ درجه سانتیگراد بیشتر می شود، بهترین سنسور شما ترموکوپل خواهد بود. قبل از انتخاب سنسور مناسب برای کاربری خود، ابتدا باید عوامل زیادی را بررسی کنید.

در اینجا چند فاکتور وجود دارد که باید هنگام انتخاب سنسور برای برنامه کنترلی خود در نظر بگیرید:

• رنج اندازه گیری در کاربری شما
• مقدار دقتی که در اندازه گیری برای کاربری شما نیاز است
• مقدار رانش (drift) اندازه گیری در طول زمان استفاده
• اندازه گیری تک نقطه ای که به یک نقطه دقیق محدود شده است
• حساسیت سنسور
• هزینه یا قیمت سنسور

اینها تعداد کمی از فاکتورهایی است که قبل از انتخاب سنسور باید در نظر بگیرید.

مثال هایی از کاربردهای واقعی

در ابتدای این مقاله اشاره کردیم که RTD و ترموکوپل ها را می توان در همه انواع کاربردهای صنعتی، مانند صنعت غذا و نوشیدنی که فرآیند دما را در اجاق ها، بخاری ها و فریزرها کنترل می کند، پیدا کرد.

همچنین می‌توان آن‌ها را در همین نزدیکی در خودروی خودتان بیابید. و دمای گاز خروجی ازلوله اگزوز، سنسور دمای موتور و حتی دمای روغن موتور را کنترل می‌کند.

نتیجه گیری

اینها تنها چند نکته است که مهندس طراح باید قبل از تصمیم گیری در مورد انتخاب نوع سنسور در نظر بگیرد.

در نهایت در این مقاله، تفاوت بین RTD ها (آشکارسازهای دمای مقاومتی) و ترموکوپل ها برای کاربردهای سنجش دما را یاد گرفتید. در ادامه نکات کلیدی این مقاله را برای شما گردآوری کرده ایم.

دقت: RTD ها در اندازه گیری دما دقیق تر از ترموکوپل ها هستند. RTD ها دارای دقت دمایی 0.5± درجه سانتیگراد هستند، در حالی که ترموکوپل ها دارای دقت 2± درجه سانتیگراد هستند.

محدوده دما: ترموکوپل ها در مقایسه با RTD ها محدوده دمایی وسیع تری دارند و می توانند دما را از 250- تا 1800+ درجه سانتی گراد اندازه گیری کنند، در حالی که RTD ها می توانند دمای 200- تا 850+ درجه سانتی گراد را اندازه گیری کنند.

زمان پاسخ: ترموکوپل ها در مقایسه با RTDها زمان پاسخ سریع تری دارند، با RTD ها زمان پاسخ کندتر بوده و در حدود 1-2 ثانیه می شود.

هزینه: ترموکوپل‌ها نسبت به RTD‌ها ارزان‌تر هستند، و برای کاربری هایی که نیازی به دقت بالا ندارند یا قیمت مساله اصلی است، آنها را به گزینه ترجیحی تبدیل می‌کند.

پایداری: RTD ها در مقایسه با ترموکوپل ها پایدارتر و ماندگارتر هستند، زیرا RTD ها از مواد باکیفیت ساخته شده اند و کمتر در معرض آسیب هستند.

همانطور که می بینید، هر دو RTD و ترموکوپل مزایا و معایب خود را دارند و انتخاب بین این دو به نیازهای خاص کاربرد سنجش دما بستگی دارد.

مرجع:

RTD vs. Thermocouple: Which is Better for Your Needs

www.realpars.com

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

پیشنهاد موتور درایو برای یادگیری مباحث مربوط به ابزار دقیق مطالعه مقالات زیر است

1- سنسور القایی چیست؟ انواع و کاربردهای مختلف

2- گیج فشار ایندومارت INDUMART

3- ترمومتر ایندومارت INDUMART

4- نحوه کار گیج فشار

5- نحوه کار ترانسمیتر 4-20 میلی آمپر

6- اصول کار ترموستات

7- سیم بندی ترانسمیتر

8- دلیل استفاده از سیگنال جریان 4-20 mA به جای سیگنال ولتاژ

9- تفاوت بین دقت، تلرانس، عدم قطعیت و خطا

10- معنی اطلاعات روی صفحه گیج فشار

11- چرا دقت اندازه گیری RTD چهار سیمه از بقیه بیشتر است؟

12- لوله مویین چیست؟ مزیت ها و معایب

13- تفاوت ترانسمیتر و ترانسدیوسر چیست؟

14- دماسنج بی متال (ترمومتر)

15- ترموول چیست؟

16- مقایسه RTD و ترموکوپل : کدام یک برای نیاز شما مناسب تر است؟