سنسور Pt100

سنسور PT100 چیست؟

بیشتر سنسور‌های RTD که در صنعت مورد استفاده قرار میگیرندT مقاومتی برابر با 100 اهم در صفر درجه سانتی گراد دارند.

با همین روش نامگذاری، سنسور Pt 200 مقاومتی برابر با 200 اهم و سنسور Pt 1000 مقاومتی برابر با 1000 اهم در دمای صفر درجه دارد.

مقاومت سنسور pt100 در دماهای بالا به نوع سنسور Pt100 بستگی دارد، همانطور که Pt100 انواع مختلفی دارد ضرایب دمایی متفاوتی هم دارند.

سنسورهای RTD

ار آنجایی که سنسور PT100 نوعی سنسور RTD است، ابتدا به معرفی سنسورهای RTD میپردازیم. RTD خلاصه شده ی عبارت “Resistance Temperature Detector” است؛ نوعی سنسور دما که مقاومت آن به دما بستگی دارد.

مقاومت حرارتی  etectord ها یا RTD ها دسته ای از حسگرها هستند که با تغییر دمای محیطی که وارد می‌شوند مقاومت را تغییر می‌دهند. این تغییر مقاومت متناسب با دما است و با دما تا حدودی خطی تغییر می‌کند. این بدان معنی است که با افزایش دما، مقاومت RTD نیز افزایش می‌یابد.

بنابراین، اگر بتوانیم مقاومت RTD را اندازه گیری کنیم، می‌توان دما را تعیین کرد. این کاملاً به دلیل خواص فیزیکی ماده‌ای است که RTD از آن ساخته شده است.

هنگامی که دما تغییر میکند، مقاومت سنسور نیز تغییر میکند. بنابراین، میتوانیم با اندازه گیری مقاومت، دما را اندازه گیری کنیم. سنسورهای RTD معمولا از پلاتین، مس، آلیاژ های نیکل یا اکسیدهای مختلف فلزی ساخته میشوند.

سنسورهای PRT

پلاتین متدوال ترین ماده برای استفاده در سنسور های RTD است. رابطه بین مقاومت و دما در پلاتین، قابل اعتماد، قابل تکرار و خطی است. سنسور های RTD ای که از پلاتین ساخته شده اند را PRT می‌گویند. (Platinum Resistance Thermometer – دما سنج مقاومتی پلاتینی)

سنسور Pt100 بیشترین سنسور مورد استفاده از نوع PRT در صنعت است. عدد 100 در اسم این سنسور نشان می دهد که در 0 درجه سانتی‌گراد مقاومتی برابر با 100 اهم دارد.

اگر چه Pt100 رایج ترین سنسور پلاتینی است ، سنسور های پلاتینی دیگری نیز وجود دارند مانند: Pt25 , Pt 50 ,Pt 200

Pt 500, Pt 1000. تفاوت اصلی بین سنسور ها به سادگی قابل حدس زدن است، و آن مقاومت در دمای 0 درجه سانتی گراد است که در نام سنسور ذکر شده است.

اگر مقادیر مقاومت Pt100 RTD را در صفر و در 100 درجه سانتی‌گراد جایگزین کنیم، متوجه می‌شویم که مقدار آلفا 0.00385 است.

با دانستن آلفا، می‌توانیم مقاومت تقریبی را که RTD در هر دمایی در محدوده خود نشان می‌دهد محاسبه کنیم.

Pt100 RTD اغلب به عنوان Pt100 (385) RTD شناخته می شود. RTD های پلاتینی وجود دارند که مقادیر متفاوتی از آلفا را نشان می‌دهند و آن ها با مقادیر آلفای مربوطه خود مانند سنسور Pt100 (391) مشخص می‌شوند.

PRT در مقابل ترموکوپل

ترموکوپل ها به عنوان سنسور دما در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. اما تفاوت ترموکوپل با سنسور‌های PRT چیست؟

مقایسه بین سنسور های PRT و ترموکوپل آورده شده است:

ترموکوپل‌ها

• اندازه گیری دماهای خیلی بالا
• بسیار قوی
• ارزان
• نیاز به تحریک بیرونی ندارند
• دقیق نیستند
• نیاز به جبران اتصال سرد دارند
• سیم های فرمت باید از نوع قابل استفاده برای ترموکوپل باشند
• توجه به همگنی دما در مدار اندازه گیر
• ناهمگنی در سیم ها ممکن است باعث خطاهای غیر منتظره شود

PRT

• بسیار دقیق تر هستند
• خطی و پایدار تر از ترموکوپل
• به اتصال سرد نیاز ندارند
• سیم های اتصال دهنده می تواند از نوع مس باشند
• گرانتر
• به یک جریان تحریک شناخته شده مناسب نیاز دارند
• آسیب پذیرتر هستند

به طور خلاصه میتوان گفت که ترموکوپل‌ها برای کاربردهای صنعتی در دمای بالا مناسب تر از PRT ها هستند. PRT ها برای کاربردهای دقیق تر مناسب تر هستند.

PT100 RTD ها را می توان از یک سیم پلاتینیومی ساخت که حسگر دو سیم را می‌دهد.

این سیم‌ها را می‌توان به کارت ورودی/خروجی ویژه‌ای که برای پذیرش ورودی‌های RTD طراحی شده است وصل کرد، یا سیم‌ها را می‌توان به یک فرستنده دما متصل کرد که سیگنال استاندارد 4-20 میلی آمپر را تولید می‌کند.

از آنجایی که مقاومت سنسور های RTD با تغییرات دما تغییر می‌کند، بسیار واضح است که وقتی با سنسور های RTD دما را اندازه گیری می‌کنید، نیاز به اندازه گیری مقاومت دارید. می‌توانید مقاومت را بر حسب اهم محاسبه کنید و بعد با توجه به نوع RTD استفاده شده، (با استفاده از جدول یا فرمول ) آن را به دما تبدیل کنید.

معمولا از یک دستگاه اندازه گیری دما یا کالیبراتور برای تبدیل مقاومت اندازه گیری شده به دما به صورت خودکار، استفاده می‌شود. (با فرض اینکه دستگاه از نوع RTD استفاده شده پشتیبانی می‌کند). البته اگر نوع RTD اشتباه در دستگاه استفاده شده باشد ، باعث اشتباه در اندازه گیری دما می‌شود.

روش های مختلفی برای اندازه گیری مقاومت وجود دارد. شما می توانید از اتصال 2، 3 یا 4 سیم استفاده کنید.

اتصال 2 سیم تنها برای استفاده در مواردی که دقت اهمیت کمتری دارد(عیب یابی) مناسب است زیرا هر مقاومت سیم یا اتصال مقاومت باعث خطا در اندازه گیری می‌شود. (این طراحی RTD 2 سیمه چندان دقیق نیست زیرا خود سرنخ‌های پلاتین به دلیل طول سیم و نقاط اتصال، علاوه بر مقاومت ناشی از دمای تشخیص داده شده در نقطه اندازه گیری، دارای مقاومت الکتریکی هستند.)

برای جبران این مقاومت افزوده شده، سیم پلاتین دومی در یک سیم سوم به سنسور اضافه می شود.

این سومین لید برای تعیین مقاومت خود سرب استفاده می‌شود و مقاومت از مقاومت کلی اندازه گیری کم می‌شود تا مقاومت واقعی به دلیل تغییر دما به تنهایی ایجاد شود.

این RTD های 3 سیم بیشترین استفاده را در صنعت دارند. اگرچه گران تر از یک RTD 2 سیمه است، ثبات و دقت اضافه شده ارزش هزینه اضافی را دارد.

جریان اندازه گیری

زمانی که دستگاهی در حال اندازه گیری مقاومت است، یک جریان بسیار دقیق کوچکی را از طریق مقاومت ارسال می‌کند و سپس افت ولتاژ ایجاد شده روی آن را اندازه گیری می‌کند. سپس میتوانیم مقاومت را طبق قانون اهم با تقسیم ولتاژ به جریان، بدست آوریم.

خود گرمایشی (self-heating)

هنگامی که جریان از از سنسور RTD عبور می کند باعث گرم شدن سنسور RTD می‌شود. به این پدیده خود گرمایشی می‌گویند. هر چه جریان اندازه گیری شده بیشتر و مدت زمان بیشتری روشن باشد سنسور بیشتر گرم می‌شود. همچنین ساختار سنسور و مقاومت گرمایی تاثیر به سزایی در خود گرمایی دارد.

واضح است که این نوع گرم شدن در سنسور دمایی باعث ایجاد خطای اندازه گیری کوچکی می‌شود. بیشترین جریان اندازه گیری در یک سنسور Pt1000 معمولا 1 میلی آمپر است، اما میتواند اندازه کوچکتری نیز داشته باشد. بر طبق استانداردها خود گرمایشی نباید از 25 % تلرانس سنسور بیشتر باشد.

دیگر سنسور های RTD

اگرچه سنسور های پلاتینی رایجترین سنسور ها هستند، اما سنسور های دیگری نیز از جنس نیکل و نیکل- آهن و مس وجود دارند. متدوال ترین سنسور های نیکلی Ni100 و Ni20، سنسور های نیکل آهن Ni-Fe 604 و سنسور های مسی Cu 10 هستند. این سنسور ها هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. از رایجترین معایب این نوع سنسور ها خوردگی و بازه نسبتا محدود دما در مقایسه با فلز نجیب پلاتین است.

سنسور های RTD همچنین می‌توانند از مواد دیگری همچون طلا، نقره، تنگستن، رودیم _ آهن و یا ژرمانیوم ساخته شوند. این دسته از سنسور ها برای برخی کاربردها بسیار عالی هستند اما برای کاربردهای متداول در صنعت زیاد استفاده نمی‌شوند.

از آنجایی که مقاومت سنسور RTD وابسته به دما است، می توان سنسور های PTC و NTC را در این دسته قرار دهیم. برای نمونه ترمیستور ها و نیمه هادی ها که برای اندازه گیری استفاده می شوند. انواع NTC برای اندازه گیری دما بسیار رایج است.

Reference:realpars