Vad är en motståndstermometer Pt100 (RTD)?

Motståndstermometer pt100:

En Pt100 är en temperaturberoende motståndstermometer vars värde ökar med ökande temperatur. Detta kallas för en positiv temperaturkoefficient. Namnet Pt100 kommer från det använda materialet platina (Pt) och motståndsvärdet på 100 Ω vid 0°C. Funktionsprincipen för metallmotståndstermometrar, som normalt kallas termoresistorer, bygger på att det elektriska motståndet hos en metall varierar med förändringar i den omgivande temperaturen.

Platina och nickel används mest inom industrisektorn, och deras höga resistivitet och stabilitet gör det möjligt att tillverka termoelement som är mycket reproducerbara, små och har utmärkta dynamiska egenskaper.

Temperaturmätningar som görs med termoresistorer är mycket mer exakta och tillförlitliga än de som görs med andra typer av sensorer, t.ex. termoelement.

Normalt identifieras motståndstermometrar med koden för det material de är tillverkade av (platina = Pt, nickel = Ni, etc.) följt av deras nominella motstånd vid en temperatur på 0°C.

En Pt100 är en tunnskiktsgivare som består av ett rektangulärt keramiskt substrat på vilket platina är applicerat i en slingrande form. Motståndets båda ändar är försedda med trådar och hela givaren är försedd med en skyddande glasbeläggning. Nackdel: Tunnskiktselement som Pt100 är stötkänsliga på grund av det skyddande glasskiktet. Tunnskiktselement används för temperaturmätningar upp till 400°C.

Trådlindade keramiska sensorer består av en keramisk bas på vilken en platinatråd är applicerad. Det andra yttre keramiska skyddsskiktet gör givaren mekaniskt säker och även kemiskt resistent. Tack vare denna konstruktion kan keramiska givare användas i mätområdet mellan -200 och 600°C. Men även en keramisk bas har sina svagheter när det gäller vibrationer. Trådlindade givare med keramisk bas används överallt där högre temperaturer behöver mätas, eftersom de kan användas upp till 600°C.

Det finns flera metoder för att ansluta motståndstermometrar till mätanordningarna. Valet av en metod framför en annan beror främst på vilken precision som krävs vid mätningen.

Motståndstermometrar anslutningsteknik:

A) 2-tråd
B) 3-trådig
C) 4-tråd

2-tråds anslutning

 

Tvåtrådstekniken är den minst exakta och används endast i de fall då anslutningen av termoresistorn utförs med korta och lågresistenta ledningar. Vid testning av den ekvivalenta elektriska kretsen kan det noteras att det uppmätta elektriska motståndet är summan av det känsliga elementets motstånd (och därför beror på den temperatur som ska mätas) och motståndet hos de ledare som används för anslutningen. Det fel som uppstår vid denna typ av mätning är inte konstant, utan beror på temperaturen.

3-tråds anslutning

Tack vare den goda noggrannhet som kan erhållas vid mätningar används tretrådstekniken oftast inom industrisektorn. I denna mätteknik elimineras de fel som orsakas av resistansen hos de ledare som används för att ansluta termistorn; vid mätbryggans utgång beror den spänning som finns helt på variationen av resistansen hos motståndstermometern och därför enbart på temperaturen.

4-tråds anslutning

Den fyrtrådiga tekniken med volt-ampere-mätare ger högsta precision; den används i liten utsträckning inom industrin och nästan uteslutande i laboratoriemiljöer. I en ekvivalent elektrisk krets kan man se att den uppmätta spänningen enbart beror på termoelementets resistans; mätningens precision beror enbart på mätströmmens stabilitet och spänningsmätningens noggrannhet över termoelementet.

Termoelement:

Användning vid höga vibrationsbelastningar och högre temperaturområden från 400°C och uppåt.

Ett termoelement består av två olika elektriskt ledande material med olika positioner i den termoelektriska kedjan. När dessa kopplas samman i en punkt och denna punkt har en annan temperatur än anslutningspunkten, genereras en spänning som beror på temperaturskillnaden.

Slutsats: Även om termoelement är det bättre valet vid vibrationer, har Pt100 högre absolut noggrannhet och långtidsstabiliteten är också bättre.

Huvudorsaker till fel vid mätningar med termoresistorer:

Att mäta temperatur med termoresistorer är ganska enkelt jämfört med att använda andra typer av sensorer, men vissa åtgärder måste vidtas för att korrigera eventuella mätfel. Det finns tre huvudorsaker till fel som uppstår vid temperaturmätningar med termoresistorer:

• Fel på grund av självuppvärmning av känsligt element
• Fel på grund av dålig elektrisk isolering av det känsliga elementet
• Fel på grund av att den känsliga delen inte är nedsänkt tillräckligt djupt

Det känsliga elementet värms upp under mätningen när det genomkorsas av för hög ström, vilket ökar elementets temperatur på grund av Joule-effekten. Temperaturökningen beror både på vilken typ av känsligt element som används och på mätförhållandena. Vid samma temperatur kommer samma termoresistor att värma sig mindre om den placeras i vatten istället för i luft; detta beror på att vatten har en högre dispersionskoefficient än luft. Normalt har alla mätinstrument som använder termoresistorer som givare en extremt låg mätström, men det är lämpligt att aldrig överskrida en mätström på 1 mA (EN 60751).

För korrekt mätning med termoresistorer är det mycket viktigt att den elektriska isoleringen mellan ledarna och yttermanteln är tillräckligt stor, särskilt vid höga temperaturer. Isolationsmotståndet kan ses som ett elektriskt motstånd som är parallellt med det känsliga elementets motstånd. Det är alltså uppenbart att om den elektriska isoleringen minskar vid en konstant temperatur, kommer den spänning som mäts över det känsliga elementet också att minska, vilket ger ett fel i mätningen. Isolationsresistansen kan minska när proben används vid alltför höga temperaturer, vid kraftiga vibrationer eller på grund av påverkan av fysikaliska eller kemiska ämnen.

Nedsänkningsdjupet för det känsliga elementet är också mycket viktigt för korrekta mätningar; till skillnad från termoelement där mätningarna kan betraktas som punktlika, kan ett otillräckligt djup orsaka fel i mätningen på upp till flera grader °C. Detta beror på att manteln, vanligtvis metall, som skyddar det känsliga elementet, avger värme i proportion till temperaturskillnaden mellan de varma och kalla områdena; vi har därför en termisk gradient längs en del av mantelns längd. Nedsänkningsdjupet måste därför vara tillräckligt för att det känsliga elementet i manteln inte ska utsättas för denna termiska gradient. Det minsta djupet beror på de fysiska mätförhållandena och termoresistorns dimensioner (elementets längd etc.).