داستان پیدایش سنسور RTD
در همان سالی که Seebeck کشف خود را در مورد ترموالکتریسیته اعلام کرد، سر هامفری دیوی اظهار داشت که مقاومت ویژه فلزات وابستگی قابل توجهی به دما دارد. پنجاه سال بعد، سر ویلیام سیمنز پیشنهاد استفاده از پلاتین به عنوان عنصر اصلی در دماسنج مقاومتی را ارائه کرد. انتخاب او بسیار با آیندهنگری همراه بود، چرا که پلاتین همچنان به عنوان عنصر اصلی در تمام دماسنجهای مقاومتی با دقت بالا استفاده میشود. در واقع، سنسور پلاتینیِ تشخیص دمای مقاومتی یا RTD Pt100، امروزه به عنوان یک استاندارد میانیابی از نقطه اکسیژن (-182.96 درجه سانتیگراد) تا نقطه آنتیموان (630.74 درجه سانتیگراد) به کار میرود.
پلاتین به دلایل ویژهای برای این کاربرد مناسب است: میتواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند و در عین حال پایداری عالی خود را حفظ نماید. به عنوان یک فلز نجیب، حساسیت محدودی نسبت به آلودگی از خود نشان میدهد.
ساختار سنتی سنسور تشخیص دمای مقاومتی (RTD) با استفاده از پلاتین، توسط C.H. مایرز در سال 1932 پیشنهاد شد. او یک سیم پیچ مارپیچ از پلاتین را روی یک شبکه میکا بافته شده پیچید و این مجموعه را در داخل یک لوله شیشهای قرار داد. این ساختار، تنش روی سیم را به حداقل رسانده و مقاومت را به حداکثر میرساند.
ساختار RTD مایرز
اگرچه این ساختار یک عنصر بسیار پایدار ایجاد میکند، اما تماس حرارتی بین پلاتین و نقطهای که دما اندازهگیری میشود، بسیار ضعیف است. این امر منجر به زمان پاسخ حرارتی آهسته میشود. شکنندگی این ساختار باعث میشود استفاده امروزی آن عمدتاً به عنوان یک استاندارد آزمایشگاهی محدود شود.
با گذشت زمان و دما، تغییرات مقاومت ناشی از تنش به حداقل میرسد و ساختار “قفس پرنده” به عنوان استاندارد نهایی آزمایشگاهی تبدیل میشود. به دلیل ساختار بدون پشتوانه و حساسیت متعاقب آن به لرزش، این پیکربندی هنوز برای محیطهای صنعتی کمی شکننده است.
یک روش ساختار محکمتر، سیمپیچی دوقلوی روی یک قرقره شیشهای یا سرامیکی است. سیمپیچی دوقلو باعث کاهش سطح محصور مؤثر سیمپیچ میشود تا تداخل مغناطیسی و نویز مرتبط با آن به حداقل برسد. پس از آنکه سیم روی قرقره پیچیده شد، مجموعه با پوشش شیشه مذاب مهر و موم میشود.
فرآیند مهر و موم کردن تضمین میکند که RTD در زیر لرزش شدید، عملکرد خود را حفظ خواهد کرد، اما همچنین انبساط فلز پلاتین در دماهای بالا را محدود میکند. مگر اینکه ضرایب انبساط پلاتین و قرقره کاملاً مطابقت داشته باشند، با تغییر دما، تنش روی سیم اعمال میشود که منجر به تغییر مقاومت ناشی از تنش میشود. این امر ممکن است منجر به تغییر دائمی در مقاومت سیم شود.
نسخههای با پشتیبانی جزئی از RTD وجود دارند که مصالحهای بین روش قفس پرنده و سیمپیچ مهر و موم شده ارائه میدهند. یکی از این روشها استفاده از یک مارپیچ پلاتینی است که از طریق یک استوانه سرامیکی رزوه شده و با استفاده از شیشه نرم لحیم شده است. این دستگاهها در کاربردهای لرزشی نسبتاً خشن، پایداری عالی را حفظ خواهند کرد.
