신호 조절은 저항 온도 검출기 (RTD) 프로브로 작업 할 때 중요한 단계입니다. RTD 프로브 공급 업체로서 정확한 온도 측정을 보장하기 위해 적절한 신호 조절의 중요성을 이해합니다. 이 블로그에서는 RTD 프로브에 대한 신호 조절을 수행하는 방법에 대한 세부 사항을 살펴 보겠습니다.
RTD 프로브 이해
신호 컨디셔닝으로 뛰어 들기 전에 RTD 프로브가 무엇인지 간단히 이해해 봅시다. RTD는 금속의 전기 저항이 온도에 따라 변화한다는 원리에 의존하는 온도 센서입니다. 가장 일반적인 유형의 RTD는 우수한 안정성, 선형성 및 정확도로 인해 백금을 감지 요소로 사용합니다.
우리는 다음을 포함하여 다양한 RTD 프로브를 제공합니다박막 요소,,,RTD PT200 프로브, 그리고열 저항 프로브. 각 유형에는 고유 한 특성이 있으며 다른 응용 프로그램에 적합합니다.
신호 컨디셔닝이 필요한 이유
RTD 프로브의 원시 출력은 온도 변화에 해당하는 저항의 변화입니다. 그러나이 저항 변화는 종종 매우 작으며 전압 또는 전류와 같은보다 유용한 전기 신호로 변환해야합니다. 신호 컨디셔닝은 RTD 출력을 증폭, 필터링 및 선형화하는 데 도움이되므로 측정 및 프로세스가 더 쉽습니다.
RTD 프로브에 신호 조절이 필요한 몇 가지 주요 이유는 다음과 같습니다.
- 확대: RTD의 저항 변화는 일반적으로 몇 옴의 범위에서 수백 옴입니다. 측정 가능한 전압 또는 전류를 얻으려면 신호를 증폭시켜야합니다.
- 선형화: RTD의 저항과 온도의 관계는 완벽하게 선형이 아닙니다. 신호 컨디셔닝을 사용하여 출력을 선형화하여 온도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
- 소음 감소: RTD 신호는 전자기 간섭 (EMI) 및 무선 주파수 간섭 (RFI)과 같은 다양한 소스의 노이즈에 취약합니다. 신호 컨디셔닝에는 노이즈를 줄이고 신호 대 잡음비를 향상시키기위한 필터링이 포함될 수 있습니다.
- 격리: 일부 응용 분야에서는 전기 간섭을 방지하고 안전을 보장하기 위해 시스템의 다른 부분에서 RTD 회로를 분리해야합니다. 신호 컨디셔닝은 입력과 출력 사이의 분리를 제공 할 수 있습니다.
신호 조절 단계
다음은 RTD 프로브에 대한 신호 조절을 수행하기위한 일반적인 단계입니다.
1 단계 : 여기
첫 번째 단계는 RTD 프로브에 여기 전류 또는 전압을 제공하는 것입니다. 이 전류 또는 전압은 RTD에 걸쳐 전압 강하를 유발하며, 이는 저항에 비례합니다. 여기에는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다.
- 일정한 전류 여기: 상수 전류 소스는 RTD를 통해 알려진 전류를 전달하는 데 사용됩니다. 그런 다음 RTD의 전압을 측정하고 저항은 OHM 법칙 (r = v / i)을 사용하여 계산할 수 있습니다. 일정한 전류 여기는 저항과 전압 사이의 선형 관계를 제공하므로 출력을보다 쉽게 선형화 할 수 있기 때문에 선호됩니다.
- 일정한 전압 여기: 일정한 전압 소스가 RTD에 걸쳐 적용되고 Rtd를 통한 전류가 측정됩니다. 그런 다음 저항은 OHM 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다. 그러나, 일정한 전압 여기는 출력, 특히 고온에서 비선형성을 유발할 수 있습니다.
2 단계 : 증폭
RTD를 가로 질러 전압이 떨어지면 쉽게 측정 할 수있는 레벨로 증폭되어야합니다. OP-AMP (Operational Amplifier)와 같은 증폭기를 사용하여 신호를 증폭시킬 수 있습니다. 예상되는 저항 변화 범위와 원하는 출력 전압 또는 전류에 따라 앰프의 이득을 선택해야합니다.
차동 증폭기 및 계측 증폭기를 포함하여 RTD 신호 조절에 사용할 수있는 다양한 유형의 증폭기가 있습니다. 계측 증폭기는 높은 입력 임피던스, 낮은 오프셋 전압 및 CMRR (Common-Mode Refection Ratio)을 가지므로 노이즈를 줄이고 정확도를 향상시키는 데 도움이되기 때문에 종종 선호됩니다.
3 단계 : 필터링
RTD 신호는 전력선, 모터 및 기타 전기 장비와 같은 다양한 소스의 소음으로 오염 될 수 있습니다. 필터링은이 노이즈를 제거하고 신호 품질을 향상시키는 데 사용됩니다. 저역 통과 필터는 일반적으로 고주파 노이즈를 제거하는 데 사용되는 반면, 노치 필터는 50Hz 또는 60Hz 전원 라인 주파수와 같은 특정 주파수를 제거하는 데 사용될 수 있습니다.
필터의 컷오프 주파수는 RTD 신호의 주파수 함량과 노이즈 소스에 따라 선택해야합니다. 너무 낮은 차단 주파수로 인해 신호가 왜곡 될 수 있지만, 너무 높이 컷오프 주파수는 노이즈를 효과적으로 제거하지 못할 수 있습니다.
4 단계 : 선형화
앞에서 언급했듯이 RTD에서 저항과 온도의 관계는 완벽하게 선형이 아닙니다. 온도 측정의 정확도를 향상 시키려면 출력 신호를 선형화해야합니다. 다음을 포함하여 몇 가지 선형화 방법이 있습니다.
- 조회 테이블: 다른 온도에서 RTD의 저항을 측정하고 해당 온도 값을 저장하여 룩업 테이블을 만들 수 있습니다. 그런 다음 측정 된 저항을 사용하여 테이블의 해당 온도를 찾을 수 있습니다.
- 다항식 근사: 다항식 방정식은 저항과 온도의 관계를 근사화하는 데 사용될 수 있습니다. 다항식의 계수는 RTD 교정 데이터에 대한 곡선 피팅에 의해 결정될 수 있습니다.
- 디지털 신호 처리 (DSP): DSP 기술을 사용하여 RTD 출력의 실시간 선형화를 수행 할 수 있습니다. 이 방법은 높은 정확도와 유연성을 제공하지만보다 복잡한 하드웨어 및 소프트웨어가 필요합니다.
5 단계 : 출력 변환
증폭, 필터링 및 선형화 후 신호는 전압, 전류 또는 디지털 신호와 같은 적절한 출력 형식으로 변환해야합니다. 출력 형식은 응용 프로그램의 요구 사항 및 측정 시스템에 따라 다릅니다.
- 전압 출력: 증폭 및 조절 된 신호는 0-5V 또는 0-10V 범위의 전압으로 출력 될 수 있습니다.이 전압은 데이터 수집 시스템 또는 전압계로 직접 측정 할 수 있습니다.
- 현재 출력: 신호는 또한 4-20mA와 같은 전류 출력으로 변환 될 수 있습니다. 현재 출력은 소음에 덜 취약하고 장거리에 걸쳐 전송 될 수 있기 때문에 일부 응용 분야에서 선호됩니다.
- 디지털 출력: 최신 측정 시스템에서 ADC (Anvog-to-Digital Converter)를 사용하여 신호를 디지털 출력으로 변환 할 수 있습니다. 그런 다음 디지털 출력은 마이크로 컨트롤러 또는 컴퓨터로 처리 할 수 있습니다.
올바른 신호 컨디셔닝 회로 선택
RTD 프로브를위한 신호 컨디셔닝 회로를 선택할 때 다음 요소를 고려해야합니다.
- 정확성: 신호 컨디셔닝 회로의 정확도는 응용 프로그램의 정확도 요구 사항과 일치해야합니다. 높은 정확도 회로는 더 비싸지 만 더 정확한 온도 측정을 제공 할 수 있습니다.
- 선형성: 회로는 원하는 온도 범위에서 우수한 선형성을 제공해야합니다. 출력의 비선형 성은 온도 측정의 오류로 이어질 수 있습니다.
- 소음 성능: 회로는 신뢰할 수있는 측정을 보장하기 위해 노이즈가 적고 신호 대 잡음비가 높아야합니다.
- 전력 소비: 배터리 구동 응용 프로그램에서는 저전력 소비가 중요합니다. 가능한 한 적은 전력을 소비하는 신호 컨디셔닝 회로를 선택하십시오.
- 비용: 신호 조절 회로의 비용은 특히 대규모 응용 분야의 경우 고려해야합니다.
결론
신호 조절은 온도 측정에 RTD 프로브를 사용하는 데 필수적인 부분입니다. 위에서 설명한 단계를 따르고 올바른 신호 컨디셔닝 회로를 선택하면 정확하고 신뢰할 수있는 온도 측정을 보장 할 수 있습니다.
RTD 프로브 공급 업체로서 우리는 특정 요구 사항을 충족시키기 위해 다양한 신호 컨디셔닝 솔루션을 제공합니다. 간단한 앰프 또는 완전한 신호 컨디셔닝 모듈을 찾고 있더라도 올바른 제품을 제공 할 수 있습니다.
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참조
- 오메가 엔지니어링의 "온도 측정 핸드북"
- 국가 기기에 의한 "온도 측정의 기초"
- Honeywell의 "RTD 센서 : 이론 및 응용 프로그램"
