RTD로 온도 측정 방법

업데이트 됨 Apr 22, 2021

환경

하드웨어

  • CompactDAQ Chassis

소프트웨어

  • LabVIEW

드라이버

  • NI-DAQmx

운영 체제

  • Windows

본 문서는 “가장 일반적인 측정을 위한 How-To 가이드” 리소스 입문의 일부입니다.

RTD 개요

백금 측온저항체(RTD)는 0°C에서 일반적인 저항이 100Ω 인 장치입니다. 플라스틱 필름에 백금 박막으로 구성되어 있습니다. 저항은 온도에 따라 달라지며 일반적으로 최대 850°C의 온도를 측정할 수 있습니다. RTD를 통해 전류를 전달하면 RTD에 전압이 생성됩니다. 이 전압을 측정하여 저항과 온도를 확인할 수 있습니다. 저항과 온도의 관계는 상대적으로 선형적입니다.

그림 1. RTD의 물리적 아키텍처
RTD 기초

RTD는 순수 금속의 전기 저항 변화 원리에 따라 작동하며 온도에 따른 저항의 선형 양의 변화를 특징으로 합니다. 일반적으로 니켈(Ni) 및 구리(Cu)가 포함되기도 하지만 백금(Pt)이 넓은 온도 범위, 정확도 및 안정성으로 인해 가장 일반적입니다.

RTD는 두 가지 다른 제조 구성 중 하나를 사용하여 구성됩니다. 권선형 RTD는 가는 와이어를 코일에 감아서 생성됩니다. 보다 일반적인 구성은 플라스틱 또는 세라믹 기판에 배치된 매우 얇은 금속 층으로 구성된 박막 요소입니다. 박막 요소는 더 적은 백금으로 더 높은 공칭 저항을 달성할 수 있기 때문에 더 저렴하고 더 널리 사용 가능합니다. RTD를 보호하기 위해 금속 외장이 RTD 요소와 여기에 연결된 리드선을 둘러싸고 있습니다.

안정성 때문에 인기있는 RTD는 모든 전자 온도 센서의 온도와 관련하여 가장 선형적인 신호를 나타냅니다. 그러나 백금은 신중하게 구성하고 사용해야 하기 때문에 일반적으로 대체 제품들보다 비쌉니다. RTD는 또한 느린 응답 시간과 낮은 감도를 특징으로 하며, 전류 여기가 필요하기 때문에 자체 발열이 발생하기 쉽습니다.

RTD는 일반적으로 0°C에서 공칭 저항으로 분류됩니다. 백금 박막 RTD의 일반적인 공칭 저항 값은 100 및 1000Ω입니다. 저항과 온도 사이의 관계는 거의 선형이며 다음 방정식을 따릅니다.

<0°C 인 경우 RT = R0 [1 + aT + bT2 + cT3 (T-100)] (방정식 1)

>0°C 인 경우 RT = R0 [1 + aT + bT2]

RT = 온도 T에서의 저항

R0 = 공칭 저항

a, b, c = RTD 스케일링에 사용되는 상수

일반적으로 Pt100이라고하는 100Ω 백금 RTD의 저항 / 온도 곡선은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2. 100Ω 백금 RTD에 대한 저항 온도 곡선, a = 0.00385
이 관계는 상대적으로 선형으로 보이지만 커브 피팅은 종종 정확한 RTD 측정을 수행하는 가장 정확한 방법입니다.

가장 일반적인 RTD는 a가 0.385% / °C 인 백금 박막이며 DIN EN 60751에 따라 지정됩니다. a 값은 사용된 백금 등급에 따라 다르며 일반적으로 0.3911% / °C 및 0.3926% / °C도 포함합니다. a 값은 금속 요소의 감도를 정의하지만 일반적으로 다양한 RTD의 저항 / 온도 곡선을 구분하는 데 사용됩니다.

표 1. 일반 RTD에 해당하는 Callendar-Van Dusen 계수
표준온도 계수 (a)ABC
DIN 437600.003850
American0.003911
ITS-900.003926
* 0 °C 미만의 온도에만 해당됩니다. 0 °C 이상의 온도에서는 C = 0.0입니다.

RTD 측정 방법

RTD로 온도 측정

모든 RTD는 일반적으로 빨간색과 검은색 또는 빨간색과 흰색 와이어 색상 조합으로 제공됩니다. 빨간색 와이어는 여기 와이어이고 검은색 또는 흰색 와이어는 접지 와이어입니다. 저항 요소의 어느쪽에 어떤 와이어가 연결되어 있는지 확실하지 않은 경우 디지털 멀티 미터(DMM)를 사용하여 리드 사이의 저항을 측정 할 수 있습니다. 저항이 0Ω에 가까우면 리드가 동일한 노드에 연결됩니다. 저항이 공칭 게이지 저항에 가까우면(일반적인 RTD 공칭 게이지 저항은 100Ω 입니다.) 측정중인 와이어는 저항 요소의 반대쪽에 있습니다. 또한 RTD 사양을 참조하여 특정 장치에 대한 여기 레벨을 찾으십시오.

대부분의 계측기는 RTD 측정을 위해 유사한 핀 구성을 제공합니다. 다음 예제는 NI CompactDAQ 섀시와 NI 9217 RTD 모듈을 사용한 RTD 측정을 보여줍니다 (그림 3). 더 많은 채널 카운트 측정 시스템을 위해 NI는 PXIe-4357 RTD 입력 모듈을 제공합니다.


그림 3. NI CompactDAQ 섀시 및 NI 9217 RTD 모듈

그림 4 . PXIe-4357 RTD 모듈

RTD는 수동 측정 장치입니다. 따라서 여기 전류를 공급 한 다음 단자의 전압을 읽어야합니다. 그런 다음 간단한 알고리즘을 사용하여이 판독 값을 온도로 쉽게 변환 할 수 있습니다. RTD를 통해 흐르는 전류로 인해 발생하는 자가 발열을 방지하려면 이 여기 전류를 가능한 최소화하십시오. 기본적으로 RTD를 사용하여 온도를 측정하는 세 가지 방법이 있습니다.

2- 와이어 – RTD 신호 연결

빨간색 RTD 리드를 EX+ 에 연결합니다. EX+ 핀에서 데이터 수집 장치의 CH+로 점퍼를 배치합니다. 검은 색 (또는 흰색) RTD 리드를 EX-에 연결합니다. 데이터 수집 장치의 EX-의 점퍼를 CH-에 놓습니다.


그림 4. 2- 와이어 RTD 측정

2- 와이어 방법에서 RTD에 여기 전류를 제공하는 두 개의 와이어와 RTD 전압이 측정되는 두 개의 와이어는 동일합니다.

RTD로 온도를 읽는 가장 쉬운 방법은 2- 와이어 방법을 사용하는 것입니다. 그러나 이 방법의 단점은 전선의 리드 저항이 높으면 측정된 전압 VO가 RTD 자체에 존재하는 전압보다 훨씬 높다는 것입니다. NI 9217은 2- 와이어 측정 구성을 지원하지 않습니다.

3-와이어 – RTD 신호 연결

빨간색 RTD 리드를 EX+에 연결합니다. EX+ 핀에서 데이터 수집 디바이스의 CH+로 점퍼를 배치합니다 (참고 :이 단계는 NI 9217에서는 필요하지 않습니다. 내부적으로이 두 채널이 연결됩니다. 아래 참조). 검정색 (또는 흰색) RTD 선들 중 하나를 EX-로 연결하고 다른 하나를 CH-에 연결합니다.

그림 5는 측정을 위한 외부 연결과 NI 9217 RTD 모듈의 핀 배치를 보여줍니다. NI 9217이 내부적으로 이것을 여기(Excitation) 터미널에 연결하기 때문에 EX+가 RTD0+에 연결됩니다.


그림 5. 3 선 RTD 측정

4- 와이어 – RTD 신호 연결

이 RTD를 연결하려면 저항 요소의 양극쪽에 있는 각 빨간색 리드를 데이터 수집 장치의 EX+ 및 CH+에 연결하기만 하면됩니다. 저항 요소의 음극쪽에 있는 검은 색 (또는 흰색) 리드를 데이터 수집 장치의 EX- 및 CH-에 연결합니다. 2 선 RTD로부터 추가적인 리드 2 선은 달성 가능한 정확도를 높입니다. 그림 6은 측정을 위한 외부 연결과 NI 9217 RTD 모듈의 핀 배치를 보여줍니다.


그림 6. 4- 와이어 RTD 측정

4- 와이어 방법은 전압 측정을 수행하는 장치를 통과하는 높은 임피던스 경로에 있기 때문에 리드 저항의 영향을받지 않는다는 장점이 있습니다. 따라서 RTD의 전압을 훨씬 더 정확하게 측정할 수 있습니다.

RTD 노이즈 고려 사항

RTD 출력 신호는 일반적으로 밀리 볼트 범위에서 실행되므로 노이즈에 취약합니다. 저역 통과 필터는 일반적으로 RTD 데이터 수집 시스템에서 사용할 수 있으며 RTD 측정에서 고주파 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있습니다. 예를 들어, 저역 통과 필터는 대부분의 실험실 및 공장 환경에서 흔히 발생하는 60Hz 전력선 노이즈를 제거하는 데 유용합니다.

신호 소스 근처의 저수준 RTD 전압을 증폭하여 시스템의 노이즈 성능을 크게 향상시킬 수 도 있습니다. RTD 출력 전압 레벨이 매우 낮기 때문에 ADC (아날로그-디지털 컨버터)의 입력 제한을 최적화하는 게인을 선택해야합니다.

측정 확인하기 : NI LabVIEW

센서를 측정 기기에 연결하면 LabVIEW 그래픽 프로그래밍 소프트웨어를 사용하여 필요에 따라 데이터를 시각화하고 분석할 수 있습니다.


그림 7. LabVIEW RTD 측정