RTD je skratka pre „Resistant Temperature Detector“ (odporový teplotný detektor) a označuje teplotný snímač, ktorý využíva interakciu ohmického odporu a teploty. Preto sa snímač označuje aj ako odporový teplomer. V závislosti od aplikácie sú RTD dostupné s rôznymi odporovými prvkami.
V RTD sa zvyčajne používajú platinové čipové teplotné snímače. Z pohľadu používateľa ponúka platina veľkú výhodu v tom, že je dlhodobo veľmi stabilná. Zvyčajne sa používa snímač Pt100. Označenie „Pt“ znamená platinu a číslo „100“ znamená základný odpor 100 Ω pri 0 °C. Odpor Pt100 sa zvyšuje približne o 0,38 Ω na každý nárast teploty v Kelvine. Teplotné senzory Pt1000 sa používajú aj v priemyselných aplikáciách. Elektrické charakteristiky sú tu desaťkrát vyššie (základný odpor 1000 Ω a teplotný koeficient približne 3,8 Ω/ Kelvin).
Zmena teploty má priamy vplyv na elektrický odpor kovového vodiča, a tým umožňuje vyvodiť závery o teplote. Teplotný koeficient alebo teplotný koeficient platinových senzorov (približne 0,38 %/Kelvin) je založený na fyzikálnych vlastnostiach platiny; základné odpory vyplývajú zo špecifikácií. Charakteristická krivka je stanovená v norme DIN EN 60751, takže aplikácia odporových teplomerov je relatívne jednoduchá. Odporový teplomer je pripojený k vyhodnocovacej jednotke a poľné zariadenie určuje ohmický odpor. V poľných zariadeniach sú zvyčajne k dispozícii linearizácie, ako napríklad Pt100 a Pt1000, po ktorých zariadenie určí teplotu senzora z ohmického odporu. Viac informácií o konštrukcii a funkcii odporových teplomerov nájdete vo videu.
Existuje množstvo rôznych odporových teplomerov. Najbežnejšie sú odporové teplomery s koncovkou alebo s pripojovacím káblom.
Odporový teplomer s koncovkou má modulárnu konštrukciu: Pozostáva z meracej vložky, teplomernej jímky, koncovky a pripojovacej objímky vo vnútri a prípadne prírub alebo kompresných spojok. Ako teplotný senzor je označená iba tá časť odporového teplomeru, ktorá je namontovaná a na ktorú priamo ovplyvňuje meraná veličina.
Pri odporových teplomeroch s pripojovacím káblom nie je meracia vložka ani koncovka potrebná. Teplotný senzor je priamo pripojený k pripojovaciemu káblu a zasunutý do teplomernej jímky. Pre odľahčenie ťahu je koniec teplomernej jímky niekoľkokrát zrolovaný alebo zalisovaný (trieda ochrany IP65). Priestor medzi teplomernou jímkou a teplotným senzorom je zvyčajne vyplnený tepelne vodivým materiálom, aby sa zlepšil tepelný kontakt s meraným médiom. Maximálna meraná teplota je primárne určená teplotnou odolnosťou plášťa a izolačného materiálu pripojovacieho kábla.
Pripojovacia hlavica obsahuje pripojovaciu zásuvku na pripojenie pripojovacieho kábla. Teplomer je upevnený prírubou. Teplomery tohto typu umožňujú meranie až do 600 °C a často sa používajú pri konštrukcii pecí.
Skrutkovacie teplomery umožňujú tesné ukončenie procesu. V prípade teplomerov s pripojovacím káblom je maximálna teplota obmedzená káblom. Maximálne teploty je možné merať okolo 400 °C.
Povrchové sondy majú výhodu v tom, že nevyžadujú procesné pripojenie. Merajú teplotu povrchu, a tak umožňujú vyvodiť závery o teplote média v potrubnom systéme alebo nádrži. Presné merania s nimi však nie sú možné.
Pre jednoduchú montáž/demontáž závitových teplomerov je často užitočné ich zaobstarať s pripojovacím konektorom. Často sa používajú nižšie uvedené pripojovacie systémy.
Meracie vložky sú hotové jednotky pozostávajúce z teplotného senzora a pripojovacej základne, pričom teplotný senzor je umiestnený vo vloženej trubici s priemerom 6 alebo 8 mm vyrobenej z SnBz6 podľa DIN 17 681 (do 300 °C) alebo niklu. Vkladá sa do vlastnej ochrannej trubice, ktorá je často vyrobená z nehrdzavejúcej ocele.
Elektrický odpor teplotných sond RTD sa mení v závislosti od teploty. Na detekciu výstupného signálu sa meria úbytok napätia spôsobený konštantným meracím prúdom.
Existujú 3 typy pripojenia: dvojvodičové, trojvodičové a štvorvodičové.
Pri dvojvodičovej technike sú vyhodnocovacia elektronika a teplotný senzor prepojené dvojvodičovým káblom. Pri trojvodičovej technike sa na kontakt teplotnej sondy RTD privedie ďalší kábel. Vytvoria sa tak dva meracie obvody, z ktorých jeden sa používa ako referenčný. Štvorvodičová technika ponúka najoptimálnejšiu možnosť pripojenia teplotných sond RTD. Výsledok merania nie je ovplyvnený odpormi vodičov ani ich teplotne závislými výkyvmi.
Pri trojvodičovom pripojení je odporový snímač pripojený k vyhodnocovacej jednotke ďalším vodičom. Vyhodnocovacia jednotka meria úbytok napätia na odporovom snímači a pripojovacích vodičoch (UM). Pomocou tretieho vodiča vyhodnocovacia jednotka ďalej určuje úbytok napätia na jednom vodiči (UL½ ). Dvojnásobok tohto napätia sa odpočíta od UM a tým sa určí úbytok napätia na odporovom snímači. Ak majú všetky vodiče rovnaký odpor, z odporov vedenia nevzniká žiadna chyba a odpor snímača sa určí bez chyby. Trojvodičové pripojenie je postačujúce pre väčšinu aplikácií.
Štvorvodičové pripojenie
Štvrtý vodič sa používa na určenie presného napätia na odporovom snímači v štvorvodičovom pripojení.
Rovnako ako každý iný elektrický vodič, aj vedenie medzi teplotnou sondou a vyhodnocovacou elektronikou má odpor, ktorý je zapojený sériovo s teplotným senzorom. To znamená, že tieto dva odpory sa sčítavajú, čo má za následok systematicky vyššiu hodnotu teploty. Pri väčších vzdialenostiach môže odpor vedenia dosiahnuť niekoľko ohmov a spôsobiť značné skreslenie nameranej hodnoty. Aby sa predišlo problémom dvojvodičovej technológie opísaným vyššie a aby sa stále dalo upustiť od viacvodičových káblov, používajú sa dvojvodičové vysielače: Vysielač premieňa signál senzora na štandardizovaný, teplotne lineárny prúdový signál 4 ... 20 mA. Vysielač je tiež napájaný cez dva pripojovacie káble pomocou pokojového prúdu 4 mA. Vďaka zvýšenému nulovému bodu sa to označuje aj ako „životná nula“. Dvojvodičový vysielač ponúka aj výhodu výrazného zníženia citlivosti na rušenie zosilnením signálu. Existujú dva spôsoby umiestnenia vysielača. Keďže vzdialenosť nezosilneného signálu by mala byť čo najkratšia, aby sa znížila jeho náchylnosť na rušenie, je možné ho namontovať priamo do teplomeru v jeho pripojovacej hlavici. Toto optimálne riešenie je však niekedy v rozpore s konštrukčnými podmienkami alebo so skutočnosťou, že vysielač môže byť v prípade poruchy ťažko dostupný. V tomto prípade sa používa vysielač na montáž na lištu v rozvádzacej skrini. Výhoda lepšieho prístupu je však kompenzovaná väčšou vzdialenosťou, ktorú musí nezosilnený signál prekonať.
Pri trojvodičovom zapojení je možné kompenzovať odpor vodičov, a to ako z hľadiska veľkosti, tak aj z hľadiska teplotnej závislosti. Predpokladom pre všetky tri žily sú však rovnaké vlastnosti a rovnaké teploty, ktorým sú vystavené. Keďže to vo väčšine prípadov platí s dostatočnou presnosťou, trojvodičová technológia je dnes najbežnejšia. Kompenzácia vedenia nie je potrebná.