Hvad er et modstandstermometer Pt100 (RTD)?

Modstandstermometer pt100:

En Pt100 er et temperaturafhængigt modstandstermometer, hvis værdi stiger med stigende temperatur. Dette kaldes en positiv temperaturkoefficient. Navnet Pt100 kommer fra det anvendte materiale platin (Pt) og modstandsværdien på 100 Ω ved 0 °C. Funktionsprincippet for metalmodstandstermometre, som normalt kaldes termoresistorer, er baseret på variationen i den elektriske modstand i et metal med ændringer i den omgivende temperatur.

Platin og nikkel bruges mest i den industrielle sektor, og deres høje resistivitet og stabilitet gør det muligt at fremstille termoelementer, der er meget reproducerbare, små i størrelse og har fremragende dynamiske egenskaber.

Temperaturmålinger foretaget med termoresistorer er meget mere nøjagtige og pålidelige end dem, der foretages med andre typer sensorer som f.eks. termoelementer.

Normalt identificeres modstandstermometre ved hjælp af koden for det materiale, de er fremstillet af (platin = Pt, nikkel = Ni osv.), efterfulgt af deres nominelle modstand ved en temperatur på 0 °C.

En Pt100 er en tyndlagssensor, der består af et rektangulært keramisk substrat, hvorpå der er påført platin i en slynget form. Modstandens to ender er forsynet med ledninger, og hele sensoren er forsynet med en beskyttende glasbelægning. Ulempe: Tyndlagselementer som Pt100 er stødfølsomme på grund af det beskyttende lag af glas. Tyndlagselementer bruges til temperaturmålinger op til 400 °C.

Trådviklede keramiske sensorer består af en keramisk base, hvorpå der er anbragt en platintråd. Det andet eksterne keramiske beskyttelseslag gør sensoren mekanisk sikker og også kemisk resistent. På grund af denne konstruktion kan keramiske sensorer bruges i måleområdet mellem -200 og 600 °C. Men selv en keramisk base har sine svagheder i tilfælde af vibrationer. Trådviklede sensorer med keramisk bund bruges overalt, hvor der skal måles højere temperaturer, da de kan bruges op til 600 °C.

Der er flere metoder til at forbinde modstandstermometre til måleinstrumenterne. Valget af en metode frem for en anden afhænger hovedsageligt af den krævede præcision i målingen.

Tilslutningsteknikker til modstandstermometre:

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

2-trådsforbindelse

 

To-leder-teknikken er den mindst præcise og bruges kun i tilfælde, hvor tilslutningen af termoresistoren udføres med korte ledninger med lav modstand. Når man tester det ækvivalente elektriske kredsløb, kan man bemærke, at den målte elektriske modstand er summen af det følsomme elements modstand (og derfor afhænger af den temperatur, der skal måles) og modstanden i de ledere, der bruges til forbindelsen. Den fejl, der opstår ved denne type måling, er ikke konstant: Den afhænger af temperaturen.

3-tråds forbindelse

Takket være den gode grad af nøjagtighed, der kan opnås med målinger, er tretrådsteknikken mest almindeligt anvendt i den industrielle sektor. I denne måleteknik elimineres de fejl, der skyldes modstanden i de ledere, der bruges til at forbinde termistoren; ved udgangen af målebroen afhænger den tilstedeværende spænding helt af variationen i modstandstermometerets modstand og derfor udelukkende af temperaturen.

4-tråds forbindelse

Volt-ampere-målerens firetrådsteknik giver den største præcision; den bruges kun lidt i den industrielle sektor og næsten udelukkende i laboratoriemiljøer. I et tilsvarende elektrisk kredsløb kan man se, at den målte spænding udelukkende afhænger af termoelementets modstand; målingens præcision afhænger udelukkende af målestrømmens stabilitet og nøjagtigheden af spændingsmålingen over termoelementet.

Termoelementer:

Anvendelse ved høje vibrationsbelastninger og højere temperaturområder fra 400 °C og opefter.

Et termoelement består af to forskellige elektrisk ledende materialer med forskellige positioner i den termoelektriske kæde. Når disse forbindes i et enkelt punkt, og dette punkt har en anden temperatur end forbindelsespunktet, genereres der en spænding, som afhænger af temperaturforskellen.

Konklusion: Selvom termoelementer er det bedste valg i forbindelse med vibrationer, har Pt100 højere absolut nøjagtighed, og langtidsstabiliteten er også bedre.

Hovedårsager til fejl i målinger med termoresistorer:

Det er ret enkelt at måle temperatur med termoresistorer sammenlignet med andre typer sensorer, men der skal tages visse skridt for at korrigere eventuelle målefejl. Der er tre hovedårsager til fejl i temperaturmålinger med termoresistorer:

• Fejl på grund af selvopvarmning af følsomt element
• Fejl på grund af dårlig elektrisk isolering af det følsomme element
• Fejl på grund af, at det følsomme element ikke er nedsænket i tilstrækkelig dybde

Det følsomme element opvarmer sig selv under målingen, når det krydses af for stor strøm, hvilket øger elementets temperatur på grund af Joule-effekten. Temperaturstigningen afhænger både af den type følsomt element, der bruges, og af målebetingelserne. Ved samme temperatur vil den samme termoresistor varme sig mindre op, hvis den placeres i vand i stedet for luft; det skyldes, at vand har en højere spredningskoefficient end luft. Normalt har alle måleinstrumenter, der bruger termoresistorer som sensorer, en ekstremt lav målestrøm, men det tilrådes aldrig at overskride en målestrøm på 1 mA (EN 60751).

For at kunne måle korrekt med termoresistorer er det meget vigtigt, at den elektriske isolering mellem lederne og den ydre kappe er tilstrækkelig stor, især ved høje temperaturer. Isolationsmodstanden kan ses som en elektrisk modstand, der er parallel med det følsomme element. Så det er klart, at hvis den elektriske isolering falder ved en konstant temperatur, vil den spænding, der måles over det følsomme element, også falde, hvilket giver en fejl i målingen. Isolationsmodstanden kan falde, når proben bruges ved for høje temperaturer, med stærke vibrationer eller på grund af påvirkning fra fysiske eller kemiske stoffer.

Nedsænkningsdybden af det følsomme element er også meget vigtig for korrekte målinger; i modsætning til termoelementer, hvor målingerne kan betragtes som punktformige, kan en utilstrækkelig dybde forårsage fejl i målingen på op til flere grader °C. Det skyldes, at kappen, som regel metal, der beskytter det følsomme element, afgiver varme i forhold til temperaturforskellen mellem de varme og kolde områder; vi har derfor en termisk gradient langs en del af kappens længde. Nedsænkningsdybden skal derfor være tilstrækkelig til, at det følsomme element inden i kappen ikke udsættes for denne termiske gradient. Minimumsdybden afhænger af de fysiske målebetingelser og termoresistorens dimensioner (elementets længde osv.).