Pt100 odgrywa główną rolę w przemysłowym pomiarze temperatury cieczy, gazów, jak również ciał stałych i jest dostępny w różnych wersjach. Dowiedz się więcej o inteligentnym czujniku temperatury, jego budowie i zachowaniu!
Pt100/Pt 100 jest najczęściej stosowanym elementem czujnika w termometrach przemysłowych i zmienia swoją rezystancję omową w zależności od temperatury. Dzięki podłączeniu do jednostki analitycznej, temperatura czujnika może być określona na podstawie zmierzonej rezystancji. Pt100 jest często określany również jako czujnik Pt100 lub czujnik rezystancyjny.
Pt100 jest zwykle stosowany jako platynowy chipowy czujnik temperatury i składa się z ceramicznego nośnika, na który w procesie napylania nanoszona jest cienka warstwa platyny. Ze względu na to, że warstwa jest bardzo cienka, powszechnie używa się również określenia czujniki cienkowarstwowe. Powłoka platynowa jest następnie kształtowana w meandryczny wzór za pomocą procesu fotolitograficznego. Przewody łączące są przyspawane do podkładek, a te powierzchnie kontaktowe są odciążone warstwą szkła. Kolejna - stopiona - warstwa szkła działa jako warstwa pokrywająca, chroniąca meandry platyny przed wpływami zewnętrznymi i służy jako izolacja.
Budowa czujnika Pt100
Porównanie wielkości czujnika Pt100
Przewodowy czujnik Pt100 jest stosowany głównie w przemysłowych elektrycznych pomiarach temperatury w sondach temperatury RTD.
Ponadto czujniki cienkowarstwowe są dostępne w wersji Surface Mounted Device, w skrócie SMD. Nie posiadają one żadnych połączeń przewodowych, lecz są lutowane bezpośrednio do płytki drukowanej za pomocą nakładek lutowniczych.
Struktura czujnika Pt100 w wykonaniu SMD
Porównanie wielkości czujnika Pt100 w wykonaniu SMD
Czujniki Pt100 w wykonaniu DMD nadają się do pomiaru temperatury powierzchni lub otoczenia na płytkach drukowanych i są preferowanym wyborem do monitorowania temperatury lub obwodów kompensacyjnych. Ponadto, popularnym zastosowaniem czujników SMD jest budowa wkładów pomiarowych dla sond temperatury. Płytka drukowana jest automatycznie wyposażana w czujniki Pt100 w wykonaniu SMD, tworząc wstępnie zmontowany wkład pomiarowy, który można wsunąć do osłony termometrycznej. Takie sondy są używane na przykład w dużych ilościach do pomiaru ilości ciepła.
Platynowe chipowe czujniki temperatury istnieją od lat 80-tych. W dużej mierze zastąpiły one stosowane do tego czasu czujniki Pt100 z platynowym uzwojeniem drutu. Uzwojenie tych czujników jest wtopione w szkło (czujnik szklany) lub umieszczone w otworach w rurce ceramicznej (czujnik ceramiczny).
Struktura szklanego czujnika
Struktura czujnika ceramicznego
Za pomocą tych czujników możliwe są pomiary do 800 °C. W specjalnych zastosowaniach, czujniki drutowe są używane do dziś (na przykład w laboratoriach). Jednakże, opisane powyżej platynowe chipowe czujniki temperatury są zazwyczaj używane.
"Pt" to oznaczenie platyny, a liczba 100 oznacza podstawową rezystancję 100 omów w temperaturze 0 °C.
W temperaturze 0 °C, Pt100 ma podstawowy opór 100 Ohm. Wraz ze wzrostem temperatury czujnik zmienia swoją rezystancję o około 0,38 ohm/kelwin (tj. na zmianę temperatury w °C). Krzywa charakterystyczna jest znormalizowana (DIN EN 60751) i dlatego jednostki oceniające mogą określić temperaturę czujnika na podstawie zmierzonej rezystancji.
Aby uzyskać więcej informacji na temat zastosowania czujników Pt100 w termometrach elektrycznych, obejrzyj film.
Opisane powyżej zachowanie Pt100 można łatwo odczytać z tabeli rezystancji Pt100.
Wartości referencyjne Pt100 rezystora w krokach co 1 °C:
|
°C
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
0 |
100.000 |
100.391 |
100.781 |
101.172 |
101.562 |
101.953 |
102.343 |
102.733 |
103.123 |
103.513 |
|
10 |
103.903 |
104.292 |
104.682 |
105.071 |
105.460 |
105.849 |
106.238 |
106.627 |
107.016 |
107.405 |
|
20 |
107.794 |
108.182 |
108.570 |
108.959 |
109.347 |
109.735 |
110.123 |
110.510 |
110.898 |
111.286 |
|
30 |
111.673 |
112.060 |
112.447 |
112.835 |
113.221 |
113.608 |
113.995 |
114.382 |
114.768 |
115.155 |
|
40 |
115.541 |
115.927 |
116.313 |
116.699 |
117.085 |
117.470 |
1178.56 |
118.241 |
118.627 |
119.012 |
|
50 |
119.397 |
119.782 |
120.167 |
120.552 |
120.936 |
121.321 |
121.705 |
122.090 |
122.474 |
122.858 |
|
60 |
123.242 |
123.626 |
124.009 |
124.393 |
124.777 |
125.160 |
125.543 |
125.926 |
126.309 |
126.692 |
|
70 |
127.075 |
127.458 |
127.840 |
128.223 |
128.605 |
128.987 |
129.370 |
129.752 |
130.133 |
130.515 |
|
80 |
130.897 |
131.278 |
131.660 |
132.041 |
132.422 |
132.803 |
133.184 |
133.565 |
133.946 |
134.326 |
|
90 |
134.707 |
135.087 |
135.468 |
135.848 |
136.228 |
136.608 |
136.987 |
137.367 |
137.747 |
138.126 |
|
100 |
138.506 |
138.885 |
139.264 |
139.643 |
140.022 |
140.400 |
140.779 |
141.158 |
141.536 |
141.914 |
W przypadku metalowych czujników temperatury można zastosować wielomian, aby obliczyć, jaki wynik rezystancji czujnika uzyskamy dla różnych temperatur czujnika.
Podstawowy wzór na wielomian drugiego rzędu to:
R(T) = R0 x (1 + A x ϑ + B x ϑ2)
R0: Podstawowa rezystancja w temperaturze 0 °C
ϑ: Temperatura w °C
A, B: Poszczególne współczynniki czujnika
Dla Pt100 opór podstawowy wynosi 100 Ω, a współczynniki wynoszą 3,9083 ×10-3 °C-1 (A) i -5,775 ×10-7 °C-2(B). Po podstawieniu do wielomianu, wzór Pt 100 to:
R(T) = 100 Ω x (1 + 3.9083 ×10-3 °C-1 x ϑ - 5.775 ×10-7 °C-2x ϑ2)
Wzór obowiązuje dla temperatur dodatnich.
Czujniki platynowe istnieją również z podstawowymi rezystancjami, takimi jak 1000 omów (przy 0 °C). Inne rezystancje nominalne są również możliwe do wyprodukowania, ale rzadko spotykane.
Technologia cienkowarstwowa umożliwia pomiary w zakresie od -70 do +600 °C.
Tolerancje są również określone w normie. Dla rezystorów cienkowarstwowych istnieją klasy tolerancji lub klasy dokładności Pt100 od F 0,1 (wysoka dokładność) do F 0,6 (niska dokładność). Tolerancja lub odchylenie graniczne jest określane zgodnie z normą poprzez wstawienie temperatury pomiaru do odpowiedniego wzoru.
| Klasy dokładności Pt100 | |
|---|---|
| Klasy tolerancji | Odchylenie graniczne [K] |
| F 0,1 | ±(0,1 + 0,0017 x ItI) |
| F 0,15 | ±(0,15 + 0,002 x ItI) |
| F 0,3 | ±(0,3 + 0,005 x ItI) |
| F 0,6 | ±(0,6 + 0,01 x ItI) |
Oto dwa przykłady:
Określenie tolerancji dla czujnika o klasie F 0,1 i temperaturze pomiaru 100 °C:
±(0,1+0,0017 x I100I= ± 0,27 K (odpowiada ±0,27°C)
Określenie tolerancji dla czujnika klasy F 0,3 i temperatury pomiaru 400 °C:
±(0,3+0,005 x I400I= ± 2,3 K (corresponds to ±2,3 °C)
Czujniki Pt100 są bardzo stabilne w długim okresie czasu, co tłumaczy się głównie materiałem oporowym jakim jest platyna. Charakterystyka czujników jest znormalizowana. Jeśli krzywa charakterystyki jest dostępna w jednostce oceniającej, możliwa jest ocena sygnału temperatury. Ze względu na standaryzację, zaopatrzenie w części zamienne do czujników lub zmontowanych termometrów jest bardzo bezproblemowe.
