RTD (Resistance Temperature Detectors) 온도센서

RTD 또는 저항 온도 감지기는 온도가 변화함에 따라 저항 값이 변경되는 저항을 포함하는 온도 센서입니다. 가장 인기 있는 RTD는 Pt100입니다.  RTD센서는 실험실과 산업 공정에서 온도를 측정하기 위해 수년 동안 사용되어 왔으며 정확성, 반복성 및 안정성에 대한 평판을 발전시켰습니다.

대부분의 RTD 요소는 세라믹 또는 유리 코어를 감싸는 가는 코일 와이어로 구성됩니다. 이 요소는 일반적으로 상당히 취약하기 때문에 보호하기 위해 피복된 프로브 내부에 배치되는 경우가 많습니다. RTD 요소는 다양한 온도에서 저항이 입증된 순수 재료로 만들어집니다. 재료는 온도가 변화함에 따라 저항의 예측 가능한 변화를 갖습니다. 이 예측 가능한 변화는 온도를 결정하는 데 사용됩니다.

pt100은 가장 정확한 온도 센서 중 하나입니다. 정확도가 높을 뿐만 아니라 안정성과 반복성도 뛰어납니다. 대부분의 OMEGA 표준 pt100은 DIN-IEC 클래스 B를 준수합니다. 또한 Pt100은 전기 소음에도 상대적으로 내성이 있으므로 산업 환경, 특히 모터, 발전기 및 기타 고전압 장비 주변의 온도 측정에 적합합니다.

 

 

RTD 표준

Pt100 RTD에는 두 가지 표준이 있습니다. DIN 또는 IEC 표준으로도 알려진 유럽 표준)의 두 가지 표준이 있습니다. 저항 표) 및 미국 표준(RTD 온도 대. 저항 표). 유럽 표준은 플래티넘 RTD의 세계적인 표준으로 간주됩니다. 이 표준인 DIN/IEC 60751(또는 간단히 IEC751)은 RTD가 0°C에서 100.00O의 전기 저항을 갖고 0~100°C 사이에서 0.00385O/O/°C의 온도 저항 계수(TCR)를 가져야 한다고 요구합니다.

DIN/IEC751에는 두 가지 저항 공차가 지정되어 있습니다:
Class A = ±(0.15 + 0.002*t)°C or 100.00 ±0.06 O at 0ºC
Class B = ±(0.3 + 0.005*t)°C or 100.00 ±0.12 O at 0ºC

업계에서 사용되는 두 가지 저항 공차는 다음과 같습니다:
1/3 DIN = ±1/3* (0.3 + 0.005*t)°C or 100.00 ±0.10 O at 0ºC
1/10 DIN = ±1 /10* (0.3 + 0.005*t)°C or 100.00 ±0.03 O at 0ºC

이 공식은  소자 공차가 클수록 센서는 일반화된 곡선에서 더 많이 벗어나며, 센서마다 차이가 더 많이 납니다(교환성).

 

사용 가능한 저항 온도 감지기(RTD)는 일반적으로 온도 감지 요소의 구성 방식에 따라 두 가지 기본 RTD 유형 중 하나로 분류할 수 있습니다. 한 유형의 RTD에는 박막 소자가 포함되어 있고 다른 유형의 RTD에는 와이어 권취 소자가 포함되어 있습니다. 각 유형은 특정 환경 및 애플리케이션에서 사용하기에 가장 적합합니다.

 

저항 온도계의 발명은 금속의 전도도가 온도가 증가함에 따라 예측 가능하게 감소한다는 것을 발견함으로써 가능해졌습니다. 최초의 저항 온도계는 1860년에 절연된 구리 와이어, 배터리 및 갈바노미터로 조립되었습니다.

하지만, 발명가인 C.W. Siemens는 곧 백금 원소가 훨씬 더 넓은 범위의 온도에서 더 정확한 측정값을 산출한다는 것을 발견했습니다. 백금은 오늘날 RTD 감지 요소를 사용하여 온도를 측정하는 데 가장 일반적으로 사용되는 물질로 남아 있습니다.

 

 

 

2, 3, 4 와이어의 차이

리드선, 커넥터 및 측정기 자체를 포함하여 감지 요소가 포함된 회로의 모든 Pt100 요소는 회로에 추가 저항을 도입하기 때문입니다.

회로를 구성하는 방법에 따라 센서의 저항을 얼마나 정확하게 계산할 수 있는지, 회로 내의 외부 저항에 의해 온도 판독값이 얼마나 왜곡될 수 있는지가 결정됩니다. 저항 소자와 측정기 사이에 사용되는 리드 와이어는 저항 자체를 가지고 있기 때문에 이러한 부정확성을 보상할 수 있는 수단도 제공해야 합니다.

RTD 감지 회로에 일반적으로 사용되는 와이어 구성에는 와이어 2개, 와이어 3개, 와이어 4개의 세 가지 유형이 있습니다. 보정 루프가 있는 2와이어 구성도 옵션입니다.

 

2-Wire 구성

2선 RTD 구성은 RTD 회로 설계 중 가장 간단합니다. 이 직렬 구성에서는 단일 리드선이 RTD 소자의 각 끝을 모니터링 장치에 연결합니다. 회로에 대해 계산된 저항에는 전선과 커넥터 사이의 저항과 RTD 소자의 저항이 포함되기 때문에 결과에는 항상 어느 정도의 오차가 포함됩니다.

원은 보정 지점까지의 요소 경계를 나타냅니다. 저항 RE는 저항 요소에서 가져오며 정확한 온도 측정을 제공하는 값입니다. 안타깝게도 저항 측정을 할 때 기기는 RTOTAL을 표시합니다. 여기서 RT = R1 + R2 + R3
이렇게 하면 실제로 측정되는 것보다 더 높은 온도 판독값이 생성됩니다.
고품질 테스트 리드와 커넥터를 사용하면 이 오류를 줄일 수 있지만 완전히 제거하는 것은 불가능합니다.
따라서 2선 RTD 구성은 고저항 센서와 함께 사용하거나 높은 정확도가 필요하지 않은 응용 분야에서 가장 유용합니다.

 

3-Wire 구성

 3선 RTD 구성은 가장 일반적으로 사용되는 RTD 회로 설계이며 산업 공정 및 모니터링 애플리케이션에서 볼 수 있습니다. 이 구성에서 두 개의 와이어는 감지 소자의 한쪽에 있는 감지 소자를 모니터링 장치에 연결하고 하나는 다른 쪽에 연결합니다.
세 개의 동일한 유형의 와이어가 사용되고 길이가 같으면 R1 = R2 = R3. 리드 1과 2와 저항 소자를 통해 저항을 측정하여 전체 시스템 저항을 측정합니다(R1 + R2 + RE).
리드2와 3(R2 + R3)을 통해서도 저항을 측정하면 리드선의 저항만 구하고, 모든 리드선 저항이 동일하기 때문에 이 값(R2 + R3)을 전체 시스템 저항(R1 + R2 + RE)에서 빼면 RE만 남게 되며 정확한 온도 측정이 이루어졌습니다.
이것은 평균적인 결과이기 때문에 세 개의 연결 와이어가 모두 동일한 저항을 갖는 경우에만 측정이 정확합니다.

 

4-Wire 구성

이 구성은 가장 복잡하므로 설치 시간과 비용이 가장 많이 들지만 가장 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

브리지 출력 전압은 RTD 저항을 간접적으로 나타냅니다. 브리지에는 4개의 연결 와이어, 외부 소스 및 온도 계수가 4인 1개의 저항이 필요합니다. 4개의 브리지 완성 저항기가 RTD 센서와 동일한 온도에 노출되는 것을 방지하기 위해 RTD는 한 쌍의 연장 와이어에 의해 브리지에서 분리됩니다.

이 연장 와이어는 처음에 발생했던 문제를 재현합니다 : 연장 와이어의 임피던스는 온도 판독 값에 영향을 미칩니다. 이 효과는 2선 브리지 구성을 사용하여 최소화할 수 있습니다.

3선 RTD 구성에서 두 개의 전선은 감지 소자를 감지 소자의 양쪽에 있는 모니터링 장치에 연결합니다. 한 세트의 와이어는 측정에 사용되는 전류를 전달하고 다른 세트는 저항의 전압 강하를 측정합니다.

3선 구성에서 계측기는 외부 리드 4과 4를 통해 정전류(I)를 통과시킵니다.

RTD 휘트스톤 브리지는 저항 변화와 브리지 출력 전압 변화 사이에 비선형 관계를 생성합니다. 이는 브리지 출력 전압을 등가 RTD 임피던스로 변환하기 위한 추가 방정식을 요구함으로써 RTD의 이미 비선형 온도 저항 특성을 합성합니다.

 

 

Pt100 대 Pt1000

가장 많이 사용되는 RTD 센서인 RTD PT100은 백금(PT) 재질로 0°C에서의 저항값은 100옴입니다. 이와 대조적으로 백금으로 만들어진 PT1000 센서는 0°C에서 저항 값이 1000옴입니다.

RTD Pt100 및 Pt1000은 유사한 범위의 공차로 사용할 수 있으며, 센서에 사용되는 백금의 순도에 따라 둘 다 유사한 온도 계수를 가질 수 있습니다. 저항 측면에서 Pt100과 Pt1000을 비교할 때 Pt1000의 저항 값 판독치는 동일한 온도에서 Pt100의 저항 값 판독치보다 10배 더 높습니다. 대부분의 애플리케이션에서 Pt100과 Pt1000은 사용하는 계측기에 따라 서로 자유롭게 사용할 수 있습니다. 경우에 따라 Pt1000은 더 잘 작동하고 더 정확합니다.