Spiegazione del perché l'RTD al platino da 1K Ohm è migliore dell'RTD da 100 Ohm nelle applicazioni HVAC/R - Nota applicativa


I rilevatori di temperatura a resistenza (RTD) sono dispositivi utilizzati per misurare la temperatura nei moderni sistemi di riscaldamento, ventilazione, condizionamento e refrigerazione (HVAC/R). Questa nota applicativa confronta l'RTD al platino da 100Ω con l'RTD al platino da 1KΩ e spiega perché l'RTD da 1KΩ è superiore all'RTD da 100Ω per la misurazione della temperatura in un moderno sistema HVAC/R.

In particolare, il documento descrive come:
- La maggiore variazione di resistenza al variare della temperatura consente agli RTD da 1KΩ di misurare piccole variazioni di temperatura con maggiore risoluzione;
- La maggiore variazione di resistenza al variare della temperatura consente agli RTD da 1KΩ di avere cavi del sensore più lunghi;
- La maggiore variazione di resistenza al variare della temperatura consente agli RTD da 1KΩ di avere una minore amplificazione del rumore elettrico.

RST BACKGROUND

I metalli aumentano la loro resistenza con l'aumentare della temperatura e gli RTD sono sensori di temperatura a base metallica che sfruttano questa variazione di resistenza. Gli RTD possono essere realizzati con molti metalli diversi per misurare la temperatura (vedi Tabella 1).

Il coefficiente di resistenza in temperatura è definito come la resistenza dell'RTD a 100°C meno la resistenza a 0°C divisa per 100, quindi divisa per la resistenza dell'RTD a 0°C. Ciò si traduce nella variazione media della resistenza per °C da 0 a 100 °C.

Il rame presenta la variazione di resistenza più lineare per una determinata variazione di temperatura. Tuttavia, la bassa resistenza del rame rende difficile misurare piccole variazioni di temperatura. Il nichel presenta un'ampia variazione di resistenza al variare della temperatura, ma non è un materiale molto stabile e la sua resistenza varia notevolmente da lotto a lotto. Sebbene il nichel sia molto meno costoso del platino, i processi aggiuntivi necessari per stabilizzare la resistenza del nichel rendono i sensori RTD in nichel più costosi del platino.

Il platino è diventato lo standard di riferimento nella termometria di precisione. Ha una resistenza ragionevolmente elevata, ha un buon coefficiente di temperatura, non reagisce con la maggior parte dei gas contaminanti presenti nell'aria ed è estremamente stabile da un lotto all'altro.

L'RTD al platino da 100Ω è disponibile in commercio dagli anni Venti. I primi RTD venivano prodotti avvolgendo un lungo e sottile filo di platino attorno a un substrato. Il filo di platino utilizzato per gli RTD è molto sottile e fragile, il che rende difficile la produzione di RTD a filo. L'RTD da 100 Ω è stato originariamente proposto come compromesso tra il costo del filo di platino, le dimensioni del corpo dell'elemento sensore e una resistenza sufficientemente elevata per effettuare una misura utilizzabile. La variazione media della resistenza da 0 a 100°C è di 0,385 Ω/°C.

L'RTD al platino da 1KΩ è disponibile in commercio dagli anni '60. La maggior parte degli RTD da 1KΩ è prodotta da una sottile pellicola di platino depositata su un substrato ceramico. La pellicola di platino è modellata in modo da formare una lunga linea sottile. La variazione media della resistenza da 0 a 100°C è di 3,85 Ω/°C.

100 vs 1K RTD - Tabella1


Variazione della resistenza RTD e risoluzione della misura di temperatura

Poiché la variazione di resistenza di un RTD da 1KΩ, pari a 3,85Ω per °C, è dieci volte superiore a quella di un RTD da 100Ω, pari a 0,385Ω per °C, è molto più facile misurare una piccola variazione di temperatura. Molti sistemi HVAC sono progettati per mantenere la temperatura dell'ambiente entro 1F. Per ottenere tali prestazioni, il controllore HVAC deve essere in grado di risolvere variazioni di temperatura di soli 0,1°F. Una variazione di 0,1°F in un RTD da 1KΩ equivale a una variazione di resistenza di 1°F in un RTD da 100Ω. Gli ingressi universali della maggior parte dei moderni controllori DDC misurano solo RTD da 1KΩ per una migliore risoluzione.

100 vs 1K RTD - Tabella2


Lunghezza del cavo del sensore ed effetto sulla precisione dell'RTD

La maggiore variazione di resistenza al variare della temperatura consente agli RTD da 1KΩ di avere cavi del sensore più lunghi.

Un trasmettitore o un ingresso universale converte la resistenza totale collegata ai suoi ingressi in un valore di temperatura. Questa resistenza totale comprende la resistenza dell'RTD più la resistenza dei cavi che collegano l'RTD al trasmettitore o all'ingresso universale. La tabella 2 fornisce la resistenza di fili di rame ricotto di varie dimensioni a 70°F (21,1°C) e l'errore di offset di temperatura per piede che questo filo conduttore avrebbe su un RTD da 100Ω e da 1KΩ.

Se 15 piedi di filo collegano l'RTD al trasmettitore, la lunghezza totale del filo è di 30 piedi - 15 piedi all'andata e 15 piedi al ritorno. La Tabella 3 mostra l'errore di temperatura effettivo che questi 15 piedi di cavo causerebbero su un RTD da 100Ω e 1KΩ.

100 vs 1K RTD - Tabella3

I dati riportati nella Tabella 3 si basano su una temperatura di 70°F (21,1°C); tuttavia, la resistenza del filo di rame varia con la temperatura. Molte sale apparecchiature non sono climatizzate e quindi spesso possono raggiungere temperature di 104°F. La tabella 4 mostra l'errore aggiuntivo di offset della temperatura dovuto al passaggio dei conduttori del sensore da 70°F a 104°F.

In pratica, gli errori indicati nella Tabella 4 si sommano a quelli indicati nella Tabella 3. Mentre gli errori della Tabella 3 possono essere in gran parte eliminati acquistando una coppia RTD/trasmettitore abbinata, gli errori della Tabella 4 non possono essere eliminati.

100 vs 1K RTD - Tabella 4

La maggior parte delle applicazioni HVAC/R può sopportare errori di offset di .25°F. Per rimanere in questo intervallo utilizzando un RTD da 100Ω, i conduttori del sensore dovrebbero essere lunghi 18 pollici o più corti. Per rimanere in questo intervallo utilizzando un RTD da 1KΩ, i cavi del sensore potrebbero essere lunghi fino a 15 piedi.


Effetto antenna e amplificazione del rumore

I transitori e i segnali di rumore elettrico irradiati abbondano negli edifici moderni e si diffondono nell'aria come onde radio. Gli RTD sono ottime antenne e captano parte di questi disturbi. Gli ingegneri radiotelevisivi sanno che la resistenza ottimale di un'antenna per ricevere un segnale è di 377Ω. La resistenza di un RTD da 100Ω è molto più vicina a 377Ω di quella di un RTD da 1KΩ. Il rumore elettrico che si diffonde nell'aria si accoppia con un livello di segnale maggiore a un RTD da 100Ω rispetto a un RTD da 1KΩ.

Oltre a captare una quantità maggiore di segnale di rumore, la variazione di resistenza dell'RTD da 100Ω è pari a 1/10 della variazione di resistenza dell'RTD da 1KΩ. Pertanto, la resistenza dell'RTD e il segnale di rumore vengono amplificati dieci volte di più in un circuito con un RTD da 100Ω rispetto a un circuito con un RTD da 1KΩ. Ciò significa che un RTD da 100Ω ha il doppio svantaggio di avere segnali di rumore indotti più grandi e di amplificare maggiormente il rumore indotto, creando un maggiore errore di offset nella misura della temperatura.

Se avete altre domande sugli RTD da 100Ω e 1KΩ Platinum, chiamate o inviate un'e-mail al vostro rappresentante BAPI.


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