Konsep suhu
Dari sudut pandang fisik, panas adalah ukuran dari energi yang terkandung dalam sebuah benda karena gerak tidak teratur dari molekul atau atom. Sama seperti bola tenis memiliki lebih banyak energi dengan peningkatan kecepatan, sehingga energi internal dari sebuah benda atau gas meningkat dengan meningkatnya suhu. Suhu adalah variabel yang bersama-sama dengan parameter lain seperti massa dan panas spesifik menggambarkan isi energi tubuh.
Ukuran dasar suhu adalah derajat Kelvin. Pada 0 ° K (Elvin) molekul-molekul dari setiap badan dalam keadaan diam dan tidak lagi mempunyai energi panas. Karena itu tidak ada kemungkinan suhu negatif karena tidak mungkin ada keadaan energi yang lebih rendah.
Dalam setiap-hari menggunakannya adalah praktek umum untuk menggunakan skala Celsius (sebelumnya Centigrade). nol ditempatkan pada titik solidifikasi air karena titik ini sangat sederhana untuk mereproduksi dalam praktek. Sekarang 0 ° C adalah dengan tidak berarti suhu terendah seperti semua orang tahu dari pengalaman.Dengan memperluas skala Celsius ke suhu terendah dimana semua gerakan molekuler berhenti kita mencapai suhu -273,15 derajat.
Manusia memiliki kemampuan untuk mengukur suhu melalui indra dalam rentang yang terbatas. Namun, ia tidak mampu reproduksi akurat pengukuran kuantitatif. Bentuk pertama pengukuran temperatur kuantitatif dikembangkan pada awal abad ke-17 di Florence dan tergantung pada perluasan alkohol. Yang scaling didasarkan pada maksimum suhu musim panas dan musim dingin.Seratus tahun kemudian, astronom Swedia Celsius digantikan oleh skala ini didasarkan pada leleh dan titik didih air. Hal ini menawarkan kesempatan untuk menjadi skala termometer setiap saat dan memperbanyak bacaan di lain waktu.
Mengukur suhu elektrik
Pengukuran suhu adalah penting dalam banyak aplikasi, seperti, bangunan kontrol, pengolahan makanan dan pembuatan baja dan petrokimia. Aplikasi ini sangat berbeda membutuhkan sensor suhu dari konstruksi fisik yang berbeda dan sering kali teknologi yang berbeda.
Industri dan aplikasi komersial titik pengukuran sering jauh dari indikasi atau titik kontrol. Seringkali ada persyaratan untuk diproses lebih lanjut pengukuran di kontroler, recorder atau komputer. Aplikasi seperti itu tidak cocok untuk langsung menunjukkan termometer seperti yang kita tahu mereka dari sehari-hari digunakan, tetapi memerlukan perangkat yang mengkonversi suhu ke bentuk lain, sinyal listrik. Untuk memberikan sinyal listrik terpencil ini adalah praktek umum untuk menggunakan RTD's. thermistors and thermocouples. termistor dan termokopel.
RTD
RTD's menggunakan properti bahwa tahanan listrik dari logam bervariasi dengan suhu. Mereka adalah koefisien temperatur positif (PTC) sensor resistansi yang meningkat dengan suhu. Yang paling banyak digunakan sensor 100 ohm atau 1000 ohm platinum RTD atau perlawanan termometer.
RTD's adalah yang paling akurat sensor untuk aplikasi industri dan juga menawarkan yang terbaik stabilitas jangka panjang. Sebuah nilai perwakilan keakuratan resistensi platinum 0,5 persen dari temperatur yang diukur. Setelah satu tahun mungkin ada pergeseran 0,05 ° C melalui proses penuaan. Termometer hambatan platina dapat mencakup suhu berkisar antara -200 sampai 800 ° C.
Variasi resistansi dengan temperatur
Konduktivitas listrik logam tergantung pada mobilitas elektron konduksi. Jika tegangan diberikan pada ujung kawat logam elektron pindah ke kutub positif. Kesalahan dalam kisi kristal mengganggu gerakan ini. Mereka termasuk asing atau hilang kisi atom, batas butir, dan atom pada posisi interlattice.Karena kesalahan ini posisi yang independen terhadap suhu mereka menghasilkan resistansi konstan. Dengan meningkatnya suhu atom kisi logam menunjukkan peningkatan osilasi tentang posisi istirahat mereka dan dengan demikian menghalangi gerakan elektron konduksi.Karena osilasi ini meningkat secara linear dengan temperatur, peningkatan resistensi yang disebabkan oleh itu tergantung sebagai pendekatan pertama langsung pada suhu.
Pengukuran industri bahan perlawanan platinum telah menemukan penerimaan umum. Keuntungan termasuk stabilitas kimia, fabrikasi relatif mudah (khususnya untuk pembuatan kawat), kemungkinan memperoleh dalam bentuk yang sangat murni, dan sifat listrik yang dapat direproduksi. Karakteristik ini telah membuat perlawanan platinum sensor yang paling universal sensor suhu saling dipertukarkan.
Termistor
Termistor yang dibuat dari oksida logam tertentu resistensi yang berkurang dengan meningkatnya suhu.Karena karakteristik resistansi jatuh dengan meningkatnya temperatur mereka disebut koefisien suhu negatif (NTC) sensor.
Karena sifat proses dasar jumlah elektron melaksanakan meningkat secara eksponensial dengan suhu; karena itu karakteristik menunjukkan bentuk yang sangat meningkat. Ini diucapkan non-linearitas adalah kelemahan dari NTC resistor dan membatasi suhu span berguna untuk sekitar 100 ° C. Mereka tentu saja dapat menjadi linearised oleh komputer otomatisasi. Namun, akurasi dan linearitas umumnya tidak memenuhi persyaratan di atas rentang pengukuran yang lebih besar.Mereka melayang di bawah temperatur bolak-balik juga lebih besar daripada untuk RTD's. Bidang mereka gunakan adalah terbatas pada monitoring dan menunjukkan aplikasi di mana suhu tidak melebihi 200 ° C. Dalam aplikasi sederhana seperti itu mereka sebenarnya lebih baik daripada lebih mahal termokopel dan RTD dalam pandangan mereka yang rendah dan biaya yang relatif sederhana sirkuit elektronik yang dibutuhkan. Selain itu mereka dapat diproduksi dalam desain yang sangat kecil dengan respons yang cepat dan termal rendah massa.
Termokopel Termokopel didasarkan pada efek bahwa pertemuan antara dua logam yang berbeda yang menghasilkan tegangan meningkat dengan suhu. C Dibandingkan dengan termometer resistansi yang jelas mereka menawarkan keuntungan dari yang lebih tinggi suhu batas atas, hingga beberapa ribu derajat Celcius. Mereka stabilitas jangka panjang agak buruk (beberapa derajat setelah satu tahun), akurasi pengukuran sedikit lebih miskin (rata-rata 0,75% dari rentang pengukuran). Mereka sering digunakan dalam oven, tanur, gas buang dan pengukuran bidang-bidang lain dengan suhu di atas sekitar 250 ° C.
efek termoelectric
Ketika dua logam dihubungkan bersama-sama, sebuah tegangan thermoelectric dihasilkan karena perbedaan energi mengikat elektron untuk ion logam. Tegangan ini tergantung pada logam itu sendiri, dan sebagai tambahan pada suhu. Agar tegangan termal ini untuk menghasilkan aliran arus kedua logam harus tentu saja dapat juga dihubungkan bersama-sama di ujung lain sehingga terbentuk rangkaian tertutup. Dengan cara ini, tegangan termal diproduksi di persimpangan kedua. Thermoelectric efek yang ditemukan tahun 1822 oleh Seebeck, dan sedini Becquerel 1828 merekomendasikan penggunaan platina-paladium termokopel untuk pengukuran temperatur.
Jika ada suhu yang sama pada kedua junction tidak ada aliran arus tegangan parsial sejak dihasilkan pada dua titik membatalkan satu sama lain. Dengan temperatur yang berbeda di persimpangan dihasilkan tegangan berbeda dan arus mengalir. Sebuah termokopel dapat mengukur suhu demikian hanya perbedaan.
Titik pengukuran adalah persimpangan yang terkena suhu yang diukur. Sambungan referensi adalah sambungan pada suhu yang dikenal. Karena suhu yang dikenal biasanya lebih rendah daripada temperatur diukur, sambungan referensi umumnya disebut sambungan dingin.Dalam rangka untuk menghitung suhu sebenarnya di titik pengukuran suhu dingin persimpangan harus diketahui.
Instrumen yang lebih tua menggunakan sambungan dikendalikan thermostatically kotak untuk mengendalikan persimpangan suhu dingin ini pada nilai tahu seperti 50c. Instrumen modern menggunakan film tipis dingin RTD di persimpangan untuk menentukan temperatur dan menghitung titik pengukuran suhu.
Tegangan yang dihasilkan oleh efek thermoelectric sangat kecil dan jumlah hanya beberapa microvolts per derajat Celcius. Termokopel karenanya umumnya tidak digunakan dalam rentang -30 to +50 ° C karena perbedaan dari sambungan referensi suhu terlalu kecil di sini untuk menghasilkan sinyal bebas interferensi.
RTD pengkabelan
Dalam perlawanan termometer hambatan listrik bervariasi dengan suhu. Untuk mengevaluasi sinyal output arus konstan melewatinya dan jatuh tegangan diukur. Jatuh tegangan ini mengikuti hukum Ohm, V = IR.
Pengukuran arus harus dipilih untuk menjadi sekecil mungkin untuk menghindari pemanasan sensor. Dapat diambil bahwa mengukur arus 1 mA tidak memperkenalkan apapun kesalahan cukup besar. Arus ini menghasilkan jatuh tegangan sebesar 0,1 V dalam Pt 100 pada 0 ° C. Tegangan sinyal ini sekarang harus ditularkan melalui kabel penghubung ke titik yang menunjukkan atau evaluasi dengan perubahan yang minimal. T Ada empat jenis menghubungkan rangkaian:
2-kawat sirkuit Hubungan antara termometer dan evaluasi elektronik dibuat dengan 2 konduktor kabel. Seperti konduktor listrik lainnya kabel ini memiliki hambatan listrik yang ditempatkan secara seri dengan termometer perlawanan. Dua hambatan yang timbul karena itu ditambahkan bersama yang ditafsirkan oleh elektronik sebagai peningkatan suhu. Dengan jarak yang lebih jauh garis Hambatan jumlah beberapa Ohms dan menghasilkan pergeseran yang cukup berarti dalam nilai yang terukur.
3-kawat sirkuit
Dalam rangka untuk meminimalkan efek dari garis resistensi dan fluktuasi dengan temperatur itu adalah praktek yang biasa menggunakan kawat tiga rangkaian. Terdiri dari menjalankan kawat tambahan ke salah satu kontak dari RTD. Hal ini mengakibatkan dua sirkuit mengukur mana yang digunakan sebagai referensi. 3-kawat memungkinkan sirkuit untuk mengimbangi garis perlawanan baik dalam jumlah dan juga dalam variasi suhu. Hal tersebut adalah persyaratan bahwa ketiga konduktor memiliki sifat identik dan terpapar suhu identik. Ini biasanya berlaku untuk tingkat yang memadai sehingga rangkaian 3-kawat adalah metode yang paling banyak digunakan saat ini. Tidak line menyeimbangkan diperlukan.
4-kawat sirkuit
Bentuk optimal koneksi untuk perlawanan termometer adalah sirkuit 4-kawat. Pengukuran tidak tergantung pada garis resistensi maupun variasi mereka karena suhu. Tidak line menyeimbangkan diperlukan. Termometer diberikan bersama mengukur arus yang melalui koneksi pasokan. Jatuh tegangan pengukuran resistensi ditembak mati oleh garis pengukuran.Jika resistansi masukan elektronik adalah beberapa kali lebih besar daripada garis perlawanan, yang terakhir dapat diabaikan. Jatuh tegangan ditentukan dengan cara ini kemudian tergantung pada sifat kabel penghubung. Teknik ini biasanya hanya digunakan dalam perangkat ilmiah yang membutuhkan akurasi diukur dalam seratus derajat.
2-kawat pemancar
Masalah-masalah dari rangkaian 2-kabel seperti yang dijelaskan di atas dapat dihindari tanpa penggunaan kabel dengan menggunakan multiconductor yang 2-kawat pemancar. Pemancar mengubah sinyal sensor ke normalized sinyal arus 4 - 20 mA yang sebanding dengan suhu. Pasokan ke pemancar juga dijalankan melalui dua sambungan yang sama, menggunakan dasar arus 4 mA. The 2-kawat pemancar menawarkan keuntungan tambahan bahwa amplifikasi sinyal sangat mengurangi efek gangguan eksternal. Ada dua pengaturan untuk penentuan posisi pemancar. Karena jarak untuk sinyal unamplified harus dijaga sesingkat mungkin penguat dapat dipasang langsung pada terminal termometer di dalam kepala. Solusi optimal ini adalah beberapa kali tidak mungkin untuk konstruksi alasan atau pertimbangan bahwa pemancar mungkin sulit untuk mencapai dalam kasus suatu kesalahan. Dalam situasi seperti itu me-mount rel pemancar sudah terpasang di dalam lemari kontrol. Keuntungan dari peningkatan akses dibeli dengan mengorbankan jarak yang lebih panjang di mana sinyal unamplified untuk bepergian.
Termistor Wiring
Hambatan dari termistor adalah biasanya beberapa kali lipat lebih besar daripada memimpin perlawanan. Oleh karena itu resistensi yang memimpin, memiliki efek yang dapat diabaikan pada suhu termistor membaca dan hampir selalu terhubung dalam konfigurasi 2-kabel.
Termokopel Wiring
Tidak seperti RTD termokopel dan termistor memiliki plus dan minus polaritas kaki sehingga harus diperhatikan.Mereka dapat langsung terhubung ke 2-kawat lokal pemancar dan tembaga petunjuk dapat dijalankan kembali ke alat penerima. Jika alat penerima yang mampu menerima input termokopel langsung anda harus menggunakan kawat termokopel yang sama atau ekstensi termokopel kawat sepanjang perjalanan kembali ke alat penerima.
Memilih sensor yang tepat untuk membangun otomasi
1. 1. Platinum RTD's adalah yang paling akurat dan stabil sensor selama periode waktu yang panjang. Biaya mereka untuk perdagangan Cdn biasanya sekitar $ 5 lebih per poin dari termistor.Beberapa panel otomatisasi tidak menerima RTD's secara langsung dan dengan panel tersebut harus digunakan dengan temperatur pemancar yang menambah Cdn $ 50.
2. 2. Termistor yang tidak begitu akurat atau stabil sebagai RTD's tetapi mereka lebih mudah untuk kawat, biaya lebih sedikit dan hampir semua panel otomatisasi menerima mereka secara langsung. Catat bahwa termistor yang tersedia dalam berbagai basis resistensi dan dengan banyak kurva berbeda.Anda harus menentukan termistor yang tepat untuk panel yang akan Anda gunakan.
3. 3. Termokopel banyak digunakan dalam aplikasi industri karena mereka bekerja dapat diandalkan pada suhu yang sangat tinggi dan yang lebih murah dari RTD's. Dalam membangun otomatisasi mereka jarang diperlukan karena sebagian besar diukur suhu kurang dari 100C.Mereka adalah, bagaimanapun, sering digunakan dalam pengukuran gas buang bersama dengan 2-kawat pemancar.
4. 4. Konsultan pada beberapa pekerjaan platinum RTD menentukan karena mereka meningkatkan akurasi dan stabilitas jangka panjang. Jika panel otomatisasi yang anda gunakan tidak mengambil RTD's langsung menggunakannya bersama dengan 2-kawat pemancar untuk memenuhi spesifikasi.
Cara Kerja Photodioda :
Sebuah fotodioda menerima cahaya. Dioda-foto akan mengambil sebuah sinyal dibawa oleh berkas cahaya termodulasi dan menghasilkan arus dimodulasi (MIT).
0 komentar:
Posting Komentar