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इस लेख में हम RTD के लाभ और नुकसान के बारे में विस्तार से चर्चा करेंगे लेकिन RTD के लाभ और नुकसान के बारे में शुरू करने से पहले हम आरटीडी क्या है और यह कैसे काम करता है, इसके बारे में संक्षेप में जानेंगे। प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर या आरटीडी, तापमान को मापने के लिए प्रतिरोध का उपयोग करते हैं; जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, आरटीडी का प्रतिरोध मान भी बढ़ता है।
आमतौर पर तांबे, निकल या प्लैटिनम का उपयोग आरटीडी बनाने के लिए किया जाता है। आधार प्रतिरोध( base resistance) और प्रतिरोध का तापमान गुणांक (या टीसीआर) मान आरटीडी के मानकों में शामिल हैं। बेस रेजिस्टेंस वैल्यू, निकल और प्लैटिनम आरटीडी का कम से कम प्रतिरोध 0 डिग्री सेल्सियस या तांबे के आरटीडी के लिए 25 डिग्री सेल्सियस पर RTD को बनाने में इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री के अनुसार 10 ओम से लेकर कई हजारों ओम तक होती है । सबसे आम संख्या 100 ओम है।
तापमान परिवर्तन की गणना करने वाले मापक यंत्र को प्रतिरोध के गुणांक(TCR) को जानने की आवश्यकता होती है। प्रतिरोध और तापमान के बीच संबंध TCR द्वारा स्थापित किया जाता है, जो प्रतिरोध में वृद्धि (ओम में) के आधार पर तापमान में वृद्धि (डिग्री सेल्सियस में) की गणना करता है।
थर्मोकपल की तुलना में, आमतौर पर आरटीडी में उच्च स्थिरता, सटीकता और दोहराव होता है। सटीक अनुप्रयोगों के लिए इसकी सटीकता और उपयुक्तता के कारण, यह धीरे-धीरे कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में पारंपरिक थर्मामीटर की जगह ले रहा है।
अधिकांश आरटीडी को एक सिरेमिक या कांच के कोर को एक शुद्ध सामग्री से बने पतले कुंडलित तार की लंबाई के साथ लपेटकर बनाया जाता है, जो अक्सर प्लैटिनम, निकल या तांबे से बना होता है।
जैसे ही तापमान बदलता है, सामग्री का प्रतिरोध रैखिक रूप से बदलता है।
धातु जितना अधिक गरम होती है उसका प्रतिरोध उतना ही अधिक होता है।
आमतौर पर RTD को बनाने में प्लेटिनम का उपयोग किया जाता है क्योंकि
- प्लेटिनम में तापमान के साथ रैखिक प्रतिरोध होता है।
- रासायनिक रूप से अप्रभावित
- तापमान के अनुरूप(Consistent with temperature)
थर्मोकपल के विपरीत, आरटीडी को केवल थोड़ी मात्रा में करंट की आवश्यकता होती है। तापमान और प्रतिरोध सहसंबद्ध(correlated) होते हैं। मापन त्रुटि प्रतिरोध से प्रभावित हो सकती है, खासकर जब लीड वायर लंबा हो।
विभिन्न प्रकार के RTD के फायदे और नुकसान :
विभिन्न प्रकार के RTD के फायदे और नुकसान निम्न है-
2-Wire RTD के लाभ और नुकसान:
उच्च सटीकता आवश्यक नहीं होने पर 2- वायर आरटीडी उपयोग किया जाता है।
सबसे सरल आरटीडी सर्किट डिजाइन दो तार आरटीडी व्यवस्था है। एक सिंगल लीड वायर इस सीरियल सेटअप में आरटीडी एलिमेंट के सिरों और मॉनिटरिंग डिवाइस के बीच कनेक्शन का काम करता है। परिणाम में हमेशा कुछ हद तक त्रुटि होगी क्योंकि सर्किट के लिए गणना किए गए प्रतिरोध में लीड तारों और कनेक्टर्स के प्रतिरोध के साथ-साथ आरटीडी तत्व का प्रतिरोध भी शामिल है।
3-Wire RTD के लाभ और नुकसान
3-वायर आरटीडी में दो सेंसर लीड आसन्न भुजाओं पर होते हैं । जब तक दो लीड प्रतिरोध समान होते हैं, ब्रिज के प्रत्येक आर्म में लीड प्रतिरोध द्वारा प्रतिरोध को रद्द(compensate) कर दिया जाता है।
औद्योगिक प्रक्रिया और निगरानी अनुप्रयोगों में कार्यरत सबसे लोकप्रिय आरटीडी सर्किट डिजाइन तीन तार आरटीडी लेआउट है। इस सेटअप में दो वायर सेंसिंग एलिमेंट को एक तरफ मॉनिटरिंग डिवाइस से कनेक्ट करते हैं और एक वायर इसे दूसरे एंड से कनेक्ट करता है।
3-वायर आरटीडी अधिक सटीक रीडिंग देता है और यह अधिक विश्वसनीय है।
4-Wire RTD के लाभ और नुकसान
४ वायर rtd तामपान मापने की सबसे सटीक प्रणाली है । लीड के दोनों सेटों में, उपकरण लीड प्रतिरोध को मापता है और कम करता है। हालांकि इसे स्थापित करने में सबसे लंबा समय लगता है और सबसे अधिक पैसा खर्च होता है, यह सेटअप सबसे सटीक परिणाम देता है।
आरटीडी प्रतिरोध को ब्रिज आउटपुट वोल्टेज से परोक्ष रूप से अनुमानित किया जा सकता है। ब्रिज के लिए शून्य तापमान गुणांक वाले तीन प्रतिरोधक, एक बाहरी स्रोत, और चार कनेक्शन तारों की आवश्यकता होती है आरटीडी सेंसर को तीन पुल-समापन प्रतिरोधों(three bridge-completion resistors ) को आरटीडी सेंसर के समान तापमान पर उजागर करने से रोकने के लिए विस्तार तारों की एक जोड़ी द्वारा पुल से अलग किया जाता है।
जिस मुद्दे का हमने पहली बार सामना किया, वह ये था कि विस्तार तारों की बाधा(resistance) तापमान रीडिंग को प्रभावित करती है । थ्री-वायर ब्रिज डिज़ाइन का उपयोग करने से इस प्रभाव को कम करने में मदद मिलती है । 4-वायर आरटीडी सेटअप में सेंसिंग एलिमेंट को दोनों ओर से मॉनिटरिंग डिवाइस से दो वायर कनेक्ट करते हैं। करंट मापन तारों के एक सेट द्वारा दिया जाता है, जबकि प्रतिरोधो के पार वोल्टेज ड्रॉप(voltage drop across the resistor) दूसरे सेट द्वारा मापा जाता है।
आरटीडी निर्माण में प्लेटिनम का सबसे अधिक उपयोग क्यों किया जाता है ?:
आरटीडी विभिन्न सामग्रियों से भी बनाए जाते हैं। कॉपर और निकेल दोनों आरटीडी के लिए आसानी से काम करने योग्य सामग्री हैं, लेकिन गैर-रैखिकता और तार ऑक्सीकरण के साथ कॉपर के मुद्दों के कारण, इन सामग्रियों में सीमित ऑपरेटिंग रेंज हैं।
प्लेटिनम को सटीक माप के लिए इसलिए चुना जाता है क्योंकि शुद्ध प्लेटिनम का प्रतिरोध तापमान गुणांक वस्तुत रैखिक होता है, जिससे उचित मूल्य वाले उपकरणों का उपयोग करके +१ या – १ डिग्री सेल्सियस की सटीकता के साथ तापमान का पता लगाना संभव हो जाता है। यही कारण है कि प्लेटिनम rtd का प्रयोग सर्वाधिक किया जाता है।
RTD के लाभ और फायदे :
प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर या आरटीडी के कई लाभ हैं, जिनमें से कुछ नीचे सूचीबद्ध हैं। एक आरटीडी थर्मोकपल पर कई लाभ प्रदान करता है, उनमें से प्रमुख स्थिरता, सटीकता और दोहराव(stability, precision, and repeatability) है। एक सेंसर की स्थिरता यह है कि वह किसी विशिष्ट अवधि में तापमान को कितने सटीक रूप से माप सकता है।
तापमान संवेदक(temperature sensor) की किसी भी तापमान कपर उपयोग और विभिन्न तापमानों के अधीन होने के बाद भी उसी भौतिक व्यवहार को बनाए रखने की क्षमता को इसके दोहराव गुणों के रूप में जाना जाता है। RTD कई ताप और शीतलन चक्रों के बाद भी स्थिरता बनाए रखने की क्षमता रखता है। आरटीडी के कुछ अन्य लाभ नीचे दिए गए हैं।
आरटीडी को स्थापित करना और बदलना आसान है।
यह विभिन्न प्रकार के विकल्पों में आता है।
आरटीडी का उपयोग करके अंतर तापमान(differential temperature) की निगरानी करना संभव है।
RTD दूर के संकेत(distant indication) के लिए उपयुक्त हैं।
RTD लंबे समय तक स्थिरता बनाए रखने में सक्षम हैं ।
एक्यूरेसी के लिए क्षतिपूर्ति(compensate) करने की आवश्यकता नहीं है।
आरटीडी की कमियां और नुकसान :
आरटीडी (प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर) में कुछ कमियां हैं, जिनमें से कुछ नीचे सूचीबद्ध हैं।
यह निर्धारित करना मुश्किल है कि आरटीडी या थर्मोकपल में से सामान्य रूप से कौन बेहतर हैं ? इसके बजाय आरटीडी और थर्मोकपल के प्रदर्शन की तुलना अन्य पहलुओं जैसे मापने की सीमा, सटीकता, लागत और प्रतिक्रिया समय को ध्यान में रखकर की जानी चाहिए।
तापमान की सीमा -आरटीडी -200 डिग्री सेल्सियस और + 600 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान के लिए उपयुक्त हैं। हालांकि, इस तापमान सीमा के बाहर आरटीडी सबसे बड़ा विकल्प नहीं है।
प्रतिक्रिया समय- आरटीडी आमतौर पर थर्मोकपल की तुलना में अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करते हैं।
लागत- थर्मोकपल आमतौर पर आरटीडी की तुलना में कम महंगे होते हैं। हालांकि, जब एमआई केबल्स में आरटीडी का उपयोग किया जाता है तो नंगे कंडक्टरों को आरटीडी तत्व के साथ ठीक से वेल्ड करने में अधिक विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है। आरटीडी अन्य संवेदी तत्वों( sensing elements) की तुलना में अधिक महंगा होता है।
तत्व का आकार- थर्मोकपल को 0.25 मिमी व्यास के साथ उत्पादित किया जा सकता है। भले ही पतली फिल्म आरटीडी तत्व(thin film RTD elements are) बेहद पतले होते हैं, फिर भी उन्हें छोटे व्यास वाले एमआई केबल्स में समायोजित करना मुश्किल होता है। आरटीडी के कुछ और नुकसान नीचे हैं।
आरटीडी के लिए एक अधिक जटिल माप सर्किट की आवश्यकता होती है।
झटके और कंपन का RTD पर प्रभाव पड़ता है।
पॉवर( current) की आपूर्ति के लिए ब्रिज सर्किट की आवश्यकता होती है।
थर्मोकपल की तुलना में प्रतिक्रिया में अधिक समय लगता है ।
बड़े आकार के बल्ब
आत्म-हीटिंग की संभावना।
कम संवेदनशीलता।
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