Pomiar temperatury

Czujniki temperatury do zastosowań standardowych i wysoce specjalizowanych - termometry oporowe

Czujnik temperatury Pt100  to powszechnie stosowany w różnego rodzaju pomiarach i kontroli typ czujników temperatury. Sam sensor Pt100 stanowi element pomiarowy właściwego czujnika temperatury, na który obok rezystora składają się standardowo przewody łączeniowe (przewód odprowadzający i odprowadzający) i zewnętrzne zaciski służące do przyłączania elektrycznych przyrządów pomiarowych oraz elementy zewnętrzne takie jak osłona, głowica przyłączeniowa czy kabel podłączeniowy. W przemyśle najczęściej używany jest czujnik temperatury Pt100. Pośród wszystkich przemysłowych pomiarów temperatury, ponad 70% obsługiwanych jest właśnie przez rezystancyjne czujniki temperatury zbudowane na bazie sensora Pt100. Dlaczego? Przede wszystkim ze względu na ich szeroki zakres pomiarowy, liniowość charakterystyki pomiarowej, trwałość, dokładność i wreszcie łatwość ich podłączenia.

Czujniki Pt100 – charakterystyka

Mimo, że nazwa Pt100 odnosi się znaczeniowo do samego sensora temperatury , określenie to w połączeniu z terminem czujnik, często stosowane jest właśnie jako synonim rezystancyjnego czujnika temperatury. Inne, zwyczajowo przyjęte określenia dla rezystancyjnych czujników temperatury to m.in. czujnik RTD (od ang.: Resistance Temperature Device), termometr rezystancyjny (termometr przemysłowy), termometr Pt100 lub termometr oporowy.

Poszukujesz oporowych czujników temperatury w wykonaniu Pt100? Świetnie! Mamy dla Ciebie wyjątkową ofertę różnego rodzaju i przeznaczenia rezystancyjnych czujników temperatury. Sygnowane logo JUMO czujniki temperatury Pt100 od wielu lat z powodzeniem stosowane są w niemal wszystkich branżach przemysłu. Dzieje się tak głównie ze względu na wszechstronność i szeroki zakres możliwości wykonania wysoce specyfikowanych wersji naszych czujników temperatury RTD jak i dzięki naszym niezawodnym standardowym wersjom termometrów oporowych dostępnych w różnych wariantach jak np.: czujniki wkręcane, wtykane czy termometry rezystancyjne z kablem przyłączeniowym.




Potrzebujesz samych platynowych sensorów temperatury Pt100? Dobrze trafiłeś! Platynowe czujniki temperatury Pt100 JUMO produkowane są w najnowocześniejszej technologii cienkowarstwowej. Gwarantuje to doskonałą dokładność i długoterminową stabilność pomiarową naszych sensorów. To co wyróżnia platynowe czujniki temperatury JUMO to szeroki zakres temperatury (od -70°C do 600°C), dostępność wielu różnych modeli oraz różnych wartości rezystancyjnych.

Opis czujników

Zasada działania czujników rezystancyjnych opiera się na związku pomiędzy temperaturą materiału, a jego oporem właściwym – zmiana temperatury skutkuje zmianą oporu właściwego. W czujnikach rezystancyjnych typu Pt, w których sensor jest wykonany z platyny, wzrost temperatury powoduje wzrost oporu właściwego sensora.

W związku z tym, jeśli jesteśmy w stanie zmierzyć zmianę oporu, możemy również stwierdzić, o ile wzrosła temperatura. W przypadku platyny jest to o tyle łatwiejsze, że zależność pomiędzy oporem a temperaturą jest liniowa. Przez to ryzyko wystąpienia trudnych do przewidzenia anomalii pomiarowych jest minimalne.

Wartość rezystancji zgodnie z normą europejską: RPt100 = 100 + 0,385 055 x T. Dodatni współczynnik temperatury Pt100 to 0,385 055 Ω/K. Alternatywne ujęcie: RPt100 = (100 + 0,390 802 x T - 0000 058 0195 x T2).

Termometry oporowe – budowa

Standardowo, drut platynowy nawinięty jest na rdzeń z izolowanej ceramiki. Tak przygotowany element wsuwany jest do rurki wykonanej z tego samego materiału. Stosowane są również formy posiadające szklany trzpień, na którym owijany jest drut, które następnie podgrzewa się na tyle, aby drut wtopił się w szkło.

W zależności od zastosowania, element pomiarowy umieszczony jest w metalowej lub szklanej kopercie. Koperta ta musi charakteryzować się wytrzymałością wobec obciążeń mechanicznych na jakie czujniki temperatury standardowo narażone są w aplikacjach przemysłowych. Obecnie stosuje się również inne formy konstrukcyjne, jak np. platyna osadzona na płytce ze szkła lub ceramiki albo wersje SMD. Termometry oporowe są konstruowane w różnych formach, dzięki czemu niejednokrotnie oferują większą stabilność, dokładność i powtarzalność niż termopary.

Zasada działania termometru oporowego

Pomiar temperatury za pomocą czujnika rezystancyjnego wykonywany jest pośrednio. Wykorzystuje się opór materiału, z którego został wykonany sensor. Temperatura otoczenia określana jest za pomocą pomiaru rezystencji, jaką wykazuje opornik (rezystor). Najczęściej stosuje się sensory z platyny, choć używane są także niklowe lub półprzewodnikowe. Termometr oporowy platynowy jest najczęściej używany, ze względu na to, że jest odporny na korozję oraz jego temperatura topnienia jest wysoka.

Czujnik Pt100 – podłączenie

W przypadku oporowych czujników temperatury np. Pt100 z kablem podłączeniowym, na dokładność pomiaru znaczy wpływ ma długość kabla podłączeniowego oraz temperatura, w której kabel się znajduje. Każdy kabel podłączeniowy ma swoją rezystancję, która w rezultacie dodaje się do wartości pomiarowej sensora temperatury powodując odchylenie od wartości rzeczywistej. Z tego też powodu w celu kompensacji rezystancji przewodów podłączeniowych stosuje się różne systemy połączeń kabla z sensorem.

Połączenie 2-przewodowe

W tym przypadku 2-żyłowy kabel podłączony jest do dwóch nóżek sensora pomiarowego . Rezystancja przewodów podłączeniowych nie jest kompensowana, a co za tym idzie połączenie to stosuje się przeważnie dla krótkich odcinków kabla podłączeniowego żeby zminimalizować błąd pomiarowy. Długość kabli podłączeniowych, a co za tym idzie ich rezystancję, można kompensować w sposób elektroniczny, jeśli urządzenie, do którego podłączony jest czujnik posiada możliwość sztywnego wpisania wartości rezystancji kabli. W tym przypadku nie jesteśmy jednak w stanie kompensować zmian rezystancji kabla w zależności do temperatury otoczenia, w której się znajduje. Z tego powodu podłączenie 2-przewodowe jest coraz rzadziej stosowane.

Czujnik temperatury Pt1000

Pt1000 to czujniki, których rezystancja w 0°C wynosi 1000Ohm. Ich główną zaletą jest mniejszy koszt linii podłączeniowej. Czujnik temperatury spalin pt1000 wykorzystywany jest m.in w piecach przemysłowych. Można analizować za jego pomocą zmiany temperatury spalin, dzięki czemu ograniczane są straty kominowe. Skutkuje to większą sprawnością kotła i mniejszym zużyciem opału. Te termometry oporowe używane są także w ciepłownictwie, klimatyzacji oraz wentylacji, obok czujników Pt500, Ni100, Ni1000, NTC lub PTC. Czujniki temperatury Pt1000, tak jak Pt500 i Ni1000 podłączane są linią 2-przewodową. Wykorzystuje się ten typ połączenia ze względu na bardzo mały wpływ rezystancji ich linii pomiarowej na pomiar.

Czujnik Pt100 3-przewodowy –podłączenie

W celu zminimalizowania wpływu rezystancji kabli podłączeniowych na pomiar temperatury stosowane jest połączenie 3-przewodowe, zamiast połączenia 2-przewodowego, gdzie do jednej z nóżek sensora pomiarowego podłączony jest dodatkowy przewód.

W rezultacie otrzymujemy 2 obwody pomiarowe, z których jeden odpowiada za pomiar a drugi za kompensację rezystancji przewodów podłączeniowych oraz temperatury, w której się znajdują. W tym przypadku podstawowym założeniem, w celu zminimalizowania błędu, jest to, że wszystkie 3 przewody wykonane są z materiału o takich samych własnościach oraz wystawione są na działanie takiej samej temperatury. Ten schemat podłączenia jest najczęściej stosowany w przemyśle, ze względu na zadowalające rezultaty dokładności pomiarowej.

Połączenie 4-przewodowe

Jest to optymalne podłączenie sensora, ponieważ zapewnia brak wpływu rezystancji przewodów podłączeniowych na pomiar temperatury. W tym przypadku kompensacja rezystancji kabli podłączeniowych nie jest wymagana. Do obu nóżek sensora podłączone są po 2 przewody co pozwala na utworzenie 2 obwodów: zasilającego i pomiarowego. Poprzez obwód zasilający na czujnik podawane jest napięcie pomiarowe. Spadek napięcia na sensorze temperatury jest wychwytywany przez obwód pomiarowy. Impedancja urządzenia elektronicznego, do którego podłączony jest czujnik, jest wiele razy wyższa niż rezystancja przewodów, dzięki czemu rezystancja przewodów może zostać pominięta. Spadek napięcia wytworzony w ten sposób jest niezależny od rezystancji przewodów podłączeniowych. Podłączenie 4-przewodowe dedykowane jest do aplikacji wymagających wysokiej dokładności pomiarowej.