Hva er et motstandstermometer Pt100 (RTD)?

Motstandstermometer pt100:

Pt100 er et temperaturavhengig motstandstermometer som øker i verdi med økende temperatur. Dette kalles en positiv temperaturkoeffisient. Navnet Pt100 kommer fra materialet platina (Pt) som brukes, og motstandsverdien på 100 Ω ved 0 °C. Driftsprinsippet for metallmotstandstermometre, som vanligvis kalles termoresistorer, er basert på at den elektriske motstanden til et metall varierer med endringer i omgivelsestemperaturen.

Platina og nikkel brukes mest i industrisektoren, og deres høye resistivitet og stabilitet gjør det mulig å produsere termoelementer som er svært reproduserbare, små i størrelse og har utmerkede dynamiske egenskaper.

Temperaturmålinger med termoresistorer er mye mer nøyaktige og pålitelige enn målinger med andre typer sensorer, som f.eks. termoelementer.

Normalt identifiseres motstandstermometre ved hjelp av koden for materialet de er laget av (platina = Pt, nikkel = Ni osv.), etterfulgt av den nominelle motstanden ved en temperatur på 0 °C.

En Pt100 er en tynnsjiktssensor som består av et rektangulært keramisk substrat som er påført platina i en buktende form. De to endene av motstanden er utstyrt med ledninger, og hele sensoren er utstyrt med et beskyttende glassbelegg. Ulempe: Tynnsjiktselementer som Pt100 er støtfølsomme på grunn av det beskyttende glasslaget. Tynnsjiktselementer brukes til temperaturmålinger opp til 400 °C.

Trådviklede keramiske sensorer består av en keramisk base som er påført en platinatråd. Det andre ytre keramiske beskyttelseslaget gjør sensoren mekanisk sikker og også kjemisk motstandsdyktig. På grunn av denne konstruksjonen kan keramiske sensorer brukes i måleområdet mellom -200 og 600 °C. Men selv en keramisk base har sine svakheter når det gjelder vibrasjoner. Trådviklede sensorer med keramisk bunn brukes der det er behov for å måle høyere temperaturer, ettersom de kan brukes opp til 600 °C.

Det finnes flere metoder for å koble motstandstermometre til måleinstrumentene. Valget av en metode fremfor en annen avhenger hovedsakelig av den nødvendige presisjonen i målingen.

Tilkoblingsteknikker for motstandstermometre:

A) 2-leder
B) 3-leder
C) 4-leder

2-tråds tilkobling

 

To-lederteknikken er den minst presise og brukes bare i tilfeller der tilkoblingen av termoresistoren utføres med korte og lavresistente ledninger. Når man tester den ekvivalente elektriske kretsen, kan man merke seg at den målte elektriske motstanden er summen av motstanden til det følsomme elementet (og derfor avhenger av temperaturen som skal måles) og motstanden til lederne som brukes til tilkoblingen. Feilen som oppstår ved denne typen måling er ikke konstant: den avhenger av temperaturen.

3-tråds tilkobling

Takket være den gode graden av nøyaktighet som kan oppnås med målingene, er tretrådsteknikken mest brukt i industrisektoren. Ved denne måleteknikken elimineres feilene som skyldes motstanden i lederne som brukes til å koble til termistoren; ved utgangen av målebroen er spenningen som er til stede, helt avhengig av variasjonen i motstandstermometerets motstand og derfor utelukkende av temperaturen.

4-tråds tilkobling

Volt-ampere-målerens firetrådsteknikk gir den høyeste presisjonen. Den er lite brukt i industrisektoren og brukes nesten utelukkende i laboratoriemiljøer. I en ekvivalent elektrisk krets kan man se at den målte spenningen utelukkende avhenger av termoelementets motstand, og målingens presisjon avhenger utelukkende av stabiliteten til målestrømmen og nøyaktigheten til spenningsmålingen over termoelementet.

Termoelementer:

Brukes ved høye vibrasjonsbelastninger og høyere temperaturområder fra 400 °C og oppover.

Et termoelement består av to forskjellige elektrisk ledende materialer med ulike posisjoner i den termoelektriske kjeden. Når disse kobles sammen i ett punkt, og dette punktet har en annen temperatur enn tilkoblingspunktet, genereres det en spenning som avhenger av temperaturforskjellen.

Konklusjon: Selv om termoelementer er det beste valget når det gjelder vibrasjoner, har Pt100 høyere absolutt nøyaktighet og bedre langtidsstabilitet.

Hovedårsaker til feil i målinger med termoresistorer:

Temperaturmåling med termoresistorer er ganske enkelt sammenlignet med andre typer sensorer, men det er likevel nødvendig å gjøre visse grep for å korrigere eventuelle målefeil. Det er tre hovedårsaker til at det oppstår feil ved temperaturmålinger med termoresistorer:

• Feil på grunn av selvoppvarming av følsomt element
• Feil på grunn av dårlig elektrisk isolasjon av det følsomme elementet
• Feil på grunn av at det følsomme elementet ikke er nedsenket tilstrekkelig dypt

Det følsomme elementet varmes opp under målingen når det gjennomstrømmes av for høy strøm, noe som øker elementets temperatur på grunn av Joule-effekten. Temperaturstigningen avhenger både av hvilken type følsomt element som brukes, og av måleforholdene. Ved samme temperatur vil den samme termoresistoren varme seg mindre opp hvis den plasseres i vann i stedet for i luft, fordi vann har en høyere spredningskoeffisient enn luft. Normalt har alle måleinstrumenter som bruker termoresistorer som sensorer, en ekstremt lav målestrøm, men det anbefales at man aldri overskrider en målestrøm på 1 mA (EN 60751).

For å kunne måle korrekt med termoresistorer er det svært viktig at den elektriske isolasjonen mellom lederne og ytterkappen er tilstrekkelig stor, spesielt ved høye temperaturer. Isolasjonsmotstanden kan sees på som en elektrisk motstand parallell med det følsomme elementets motstand. Det er derfor klart at hvis den elektriske isolasjonen avtar ved en konstant temperatur, vil spenningen som måles over det følsomme elementet også avta, noe som gir en feil i målingen. Isolasjonsmotstanden kan reduseres når proben brukes ved for høye temperaturer, ved sterke vibrasjoner eller på grunn av påvirkning fra fysiske eller kjemiske stoffer.

Nedsenkningsdybden til det følsomme elementet er også svært viktig for korrekte målinger; i motsetning til termoelementer, der målingene kan betraktes som punktvise, kan en utilstrekkelig dybde føre til feil i målingen på opptil flere grader °C. Dette skyldes at kappen, vanligvis av metall, som beskytter det følsomme elementet, avgir varme proporsjonalt med temperaturforskjellen mellom det varme og det kalde området; vi har derfor en termisk gradient langs en del av kappens lengde. Nedsenkningsdybden må derfor være tilstrekkelig stor til at det følsomme elementet i kappen ikke utsettes for denne termiske gradienten. Minimumsdybden vil avhenge av de fysiske måleforholdene og dimensjonene til termoresistoren (elementets lengde osv.).