RTD staat voor "Resistant Temperature Detector" en verwijst naar een temperatuursensor die gebruik maakt van de wisselwerking tussen ohmse weerstand en temperatuur. Daarom wordt de sensor ook wel een weerstandsthermometer of weerstand temperatuursensor genoemd. Afhankelijk van de toepassing zijn RTD's verkrijgbaar met verschillende weerstand elementen.
Temperatuursensoren met platina chips worden meestal gebruikt in weerstand temperatuursensoren. Vanuit het oogpunt van de gebruiker biedt platina het grote voordeel dat het zeer stabiel is op de lange termijn. Meestal wordt een Pt100-sensor gebruikt. De aanduiding "Pt" staat voor platina en het getal "100" voor 100 Ω als basisweerstand bij 0 °C. De weerstand van de Pt100 neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. De weerstand van de Pt100 neemt toe met ongeveer 0,38 Ω per Kelvin temperatuurstijging. Pt1000 temperatuursensoren zijn ook te vinden in industriële toepassingen. Hier is de elektrische weerstand tien keer zo hoog (basisweerstand 1000 Ω en temperatuurcoëfficiënt ongeveer 3,8 Ω/ Kelvin).
Een verandering in temperatuur heeft een direct effect op de elektrische weerstand van metalen geleiders en maakt het dus mogelijk om temperatuursveranderingen te meten. De temperatuurcoëfficiënt van de platina meetelementen (ongeveer 0,38 ohm per Kelvin) is gebaseerd op de fysische eigenschappen van platina. De basisweerstanden vloeien voort uit specificaties welke zijn vastgelegd in de norm DIN EN 60751, zodat de toepassing van de weerstand temperatuursensoren relatief eenvoudig is. De weerstand temperatuursensor wordt aangesloten via een meetomvormer en het veldinstrument bepaalt de ohmse weerstand. Meestal zijn er linearisaties voor de Pt100 en Pt1000 beschikbaar in de veldinstrumenten, waarna het apparaat de temperatuur bepaalt op basis van de ohmse weerstand. Bekijk de video voor meer informatie over de opbouw en functie van weerstand temperatuursensoren.
Er zijn verschillende weerstand temperatuursensoren. De meest voorkomende zijn sensoren met aansluitkop of met aansluitkabel.
Een weerstand temperatuursensor met aansluitkop heeft een modulair ontwerp: Het bestaat uit de meetinzet, de huls, de aansluitkop en de daarin geplaatste aansluitsokkel en eventueel flenzen of knelkoppelingen. Alleen dat deel van de sensor dat rechtstreeks door de gemeten variabele wordt beïnvloed, wordt de temperatuursensor genoemd.
Bij een weerstand temperatuursensor met een aansluitkabel zijn een meetinzet en de aansluitkop niet nodig. De temperatuursensor wordt rechtstreeks op de aansluitkabel aangesloten en in de thermowell gestoken. Voor de trekontlasting wordt de beschermbuis aan het uiteinde meerdere malen gerold of geperst (beschermingsklasse IP65). De binnenzijde tussen de huls en de temperatuursensor is gewoonlijk gevuld met een thermisch geleidend materiaal om het thermische contact met het gemeten medium te verbeteren. De maximale meettemperatuur wordt in de eerste plaats bepaald door de temperatuurbestendigheid van de mantel en het isolatiemateriaal van de aansluitkabel.
De aansluitkop heeft een meetinzet voor het bevestigen van de aansluitkabel. De weerstand temperatuursensor wordt bevestigd met een flens. Weerstand temperatuursensoren van dit type zijn geschikt voor metingen tot 600 °C en worden vaak gebruikt in de industriële ovenbouw.
Inschroef weerstand temperatuursensoren kunnen drukbestendig ingezet worden in een proces. De maximumtemperatuur van deze bouwvorm wordt beperkt door de aansluitkabel. Er kunnen maximumtemperaturen van ongeveer 400 °C worden gemeten.
Weerstand temperatuursensor met aansluiting voor oppervlaktemetingen hebben het voordeel dat ze geen procesaansluiting nodig hebben. Ze meten de temperatuur van een oppervlak en maken het dus mogelijk om metingen te verrichten over de mediumtemperatuur in een leidingsysteem of tank. Precisiemetingen zijn echter niet mogelijk met deze bouwvorm.
Om inschroef weerstand temperatuursensoren gemakkelijk aan of af te kunnen sluiten met het proces, is het vaak handig om deze te voorzien van een aansluitstekker. De hieronder getoonde stekkersystemen worden vaak gebruikt.
Meetinzetten zijn kant-en-klare eenheden bestaande uit temperatuursensor en aansluitsokkel, waarbij de temperatuursensor is ondergebracht in een insteekbuis met een diameter van 6 of 8 mm, gemaakt van SnBz6 volgens DIN 17 681 (tot 300 °C) of nikkel. Het wordt in de eigenlijke huls gestoken, die vaak van roestvrij staal is gemaakt.
Er zijn 3 soorten aansluitingen: tweedraads-, driedraads- en vierdraadsaansluiting.
In het eenvoudigste geval kan een weerstand temperatuursensor worden aangesloten via twee draden. De tweedraadsaansluiting resulteert echter in een zogenaamde lijnoffset. Voor elke 0,38 Ω kabelweerstand geeft een Pt100 een temperatuur aan die 1 Kelvin te hoog is. Met dezelfde verhoudingen treedt bij een Pt1000 een offset van 0,1 Kelvin op. Zelfs met relatief korte kabellengtes zal de afwijking in de meting zo groot zijn dat er een temperatuuraanpassing moet worden gemaakt in de meetomvormer. Om deze afwijkingsaanpassing in de meetomvormer uit te voeren komt veel extra werk bij kijken, met de driedraads technologie bereik je effectiever een betere meting. Daarom worden RTD's bij voorkeur in drie- of vierdraads technologie aangesloten.
Bij de driedraadsaansluiting verbindt een extra draad de weerstand temperatuursensor met de meetomvormer. De meetomvormer meet het weerstandsverschil van de temperatuursensor en de aansluitdraden (UM). Met behulp van de derde compensatiekabel bepaalt de meetomvormer het verschil van de kabelweerstand op één van de aansluitkabels (UL½). Het dubbele van dit weerstandsverschil wordt van UM afgetrokken en zo wordt het weerstandsverschil op de temperatuursensor bepaald. Als alle draden dezelfde weerstand hebben, ontstaat er geen verschil op de kabelweerstanden. De driedraadsaansluiting is voldoende voor de meeste toepassingen.
Bij de vierdraadsaansluiting bepaalt een tweede compensatiekabel het weerstandsverschil op de tweede aansluitkabel, wat een exacte compensatie voor de kabelweerstand oplevert.
Net als elke andere elektrische geleider heeft de kabel tussen de temperatuursensor en de evaluatie-elektronica een weerstand die in serie staat met de temperatuursensor. Dit betekent dat de twee weerstanden worden opgeteld, wat resulteert in een systematisch hogere temperatuurmeting. Op grotere afstanden kan de lijnweerstand oplopen tot enkele ohms en een aanzienlijke vervalsing van de gemeten waarde veroorzaken.
Om de beschreven problemen van de tweedraadstechniek te vermijden en toch zonder meeraderige kabels te kunnen werken, worden tweedraadsmeetomvormers gebruikt: De meetomvormer zet het sensorsignaal om in een gestandaardiseerd, temperatuur-lineair stroomsignaal van 4 ... 20 mA. De omvormer wordt gevoed via dezelfde twee verbindingskabels, met een basisstroom van 4 mA. Vanwege deze verhoogde nulwaarde wordt ook de term "live zero" gebruikt. De tweedraadszender biedt ook het voordeel dat de storingsgevoeligheid van het signaal aanzienlijk wordt verminderd door het signaal te versterken.
Er zijn twee mogelijkheden voor plaatsing van de meetomvormer. Aangezien de afstand van het onversterkte signaal zo klein mogelijk moet worden gehouden om de storingsgevoeligheid van het signaal te verminderen, kan het rechtstreeks in de aansluitkop van de temperatuursensor worden gemonteerd. Deze optimale oplossing wordt soms tegengesproken door ontwerpbeperkingen of door het feit dat de zender in geval van storing moeilijk bereikbaar kan zijn. In dat geval wordt een zender voor railmontage in de schakelkast gebruikt. Het voordeel van een betere toegankelijkheid gaat echter ten koste van een langere afstand die het onversterkte signaal moet overbruggen.
De driedraadsschakeling maakt het mogelijk de lijnweerstand te compenseren, zowel in grootte als in temperatuurafhankelijkheid. Voorwaarde is echter dat de eigenschappen van de drie geleiders identiek zijn en dat zij aan dezelfde temperaturen worden blootgesteld. Aangezien dit in de meeste gevallen met voldoende nauwkeurigheid het geval is, is de driedraads-techniek tegenwoordig het meest gangbaar. Lijnbalancering is niet nodig.