기술자

Analog Devices의 애플리케이션 엔지니어인 Jellenie Rodriguez와 애플리케이션 엔지니어인 Mary McCarthy입니다.

이 기사에서는 저항 온도 감지기(RTD) 기반 온도 측정 시스템을 설계하기 위한 역사와 설계 과제에 대해 설명합니다. 또한 RTD 선택 및 구성 장단점도 다룹니다. 마지막으로 RTD 시스템 최적화 및 평가에 대해 자세히 설명합니다.

온도 측정은 산업 자동화, 계측, CbM 및 의료 장비와 같은 다양한 최종 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 환경 조건을 모니터링하든 시스템 드리프트 성능을 수정하든 높은 정확성과 정밀도는 매우 중요합니다. 열전대, 저항 온도 감지기(RTD), 전자 밴드 갭 센서, 서미스터 등 사용할 수 있는 여러 유형의 온도 센서가 있습니다. 설계와 함께 선택되는 온도 센서는 측정되는 온도 범위와 필요한 정확도에 따라 달라집니다. –200°C ~ +850°C 범위의 온도에서 RTD는 높은 정확도와 우수한 안정성의 탁월한 조합을 제공합니다.

과제는 다음과 같습니다.

RTD의 경우 센서의 저항은 정확하게 정의된 방식으로 온도의 함수에 따라 달라집니다. 가장 널리 사용되는 RTD는 2선, 3선, 4선 구성으로 제공되는 백금 Pt100 및 Pt1000입니다. 다른 RTD 유형은 니켈과 구리로 만들어집니다.

RTD 유형

재료

범위

Pt100, Pt1000

백금(숫자는 0°C에서의 저항임)

–200°C ~ +850°C

Pt200, Pt500

백금(숫자는 0°C에서의 저항임)

–200°C ~ +850°C

Cu10, Cu100

구리(숫자는 0°C에서의 저항임)

–100°C ~ +260°C

Ni120

니켈(숫자는 0°C에서의 저항임)

–80°C ~ +260°C

가장 일반적인 Pt100 RTD는 권선 형태와 얇은 필름 형태라는 두 가지 형태를 취할 수 있습니다. 각 유형은 여러 표준화된 곡선과 공차에 따라 제작되었습니다. 가장 일반적인 표준화된 곡선은 DIN 곡선입니다. DIN은 "Deutsches Institut für Normung"의 약자로 "독일 표준화 연구소"를 의미합니다.

이 곡선은 백금 100Ω 센서의 저항 대 온도 특성, 표준화된 허용 오차 및 작동 온도 범위를 정의합니다. 이는 0°C의 온도에서 100Ω의 기본 저항으로 시작하는 RTD의 정확도를 정의합니다. DIN RTD에는 다양한 표준 공차 등급이 있습니다. 이러한 허용 오차는 표 2에 나와 있으며 저전력 애플리케이션에 유용한 Pt1000 RTD에도 적용됩니다.

센서 유형

DIN 클래스

용인

@0°C

허용 오차 @ 50°C

허용 오차 @ 100°C

Pt100 RTD

얇은 필름

클래스 B

±0.30°C

±0.55°C

±0.80°C

Pt100 RTD

얇은 필름

클래스 A

±0.15°C

±0.25°C

±0.35°C

Pt100 RTD

권선/박막

1/3B등급

±0.1°C

±0.18°C

±0.27°C

RTD 센서를 선택할 때는 RTD 자체와 정확도를 모두 고려해야 합니다. 온도 범위는 요소 유형에 따라 다르며 교정 온도(보통 0°C)에서 표시된 정확도는 온도에 따라 다릅니다. 따라서 측정되는 온도 범위를 정의하고 교정 온도보다 낮거나 높은 온도는 허용 오차가 더 넓고 정확도가 낮다는 점을 고려하는 것이 중요합니다.

RTD는 0°C에서의 공칭 저항에 따라 분류됩니다. Pt100 센서의 온도 계수는 약 0.385Ω/°C이고 Pt1000의 온도 계수는 Pt100보다 10배 더 높습니다. 많은 시스템 설계자는 온도 변환에 대한 대략적인 저항을 얻기 위해 이러한 계수를 사용하지만 Callendar-Van Dusen 방정식은 보다 정확한 변환을 제공합니다.

온도 t ≤ 0°C에 대한 방정식은 다음과 같습니다.

온도 t ≥ 0°C에 대한 방정식은 다음과 같습니다.

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