Temperatūras sensori PT100 un PT1000

Pt100 un Pt1000 ir plaši izmantoti pretestības temperatūras sensori jeb RTD (Resistance Temperature Detector), ko lieto rūpniecībā, ražošanā un inženiertīklos. To darbības pamatā ir platīna elementa elektriskās pretestības izmaiņas atkarībā no temperatūras. Šajā rakstā skaidrots, ar ko atšķiras Pt100 un Pt1000 sensori, kā mērījumu precizitāti ietekmē kabeļa garums un pieslēguma vadu skaits, ko nozīmē A un B pielaides klases un kā izvēlēties piemērotāko temperatūras sensoru.

Pretestības temperatūras sensoru elementus var izgatavot no platīna, niķeļa vai vara. Visplašāk izmanto platīnu, jo tā elektriskās pretestības atkarība no temperatūras ir stabila un labi atkārtojama plašā temperatūras diapazonā.

Satura rādītājs

• Pt100 un Pt1000 temperatūras sensori
• Citi temperatūras sensoru veidi
• Temperatūras sensoru izpildījumi
• Kā izvēlēties temperatūras sensoru

Pt100 un Pt1000 temperatūras sensori

Apzīmējumā Pt100 vai Pt1000 burti Pt ir platīna ķīmiskais simbols, bet skaitlis norāda sensora nominālo pretestību pie 0 °C. Pt100 pretestība pie 0 °C ir 100 Ω, savukārt Pt1000 pretestība ir 1000 Ω. Pt100 ir viens no visplašāk izmantotajiem RTD sensoru tipiem, bet Pt1000 bieži izvēlas, ja svarīgi samazināt kabeļa pretestības ietekmi un mēriekārta atbalsta šo sensora tipu.

Sensora pretestība mainās paredzamā veidā, tāpēc mērpārveidotājs vai kontrolleris pēc pretestības vērtības var noteikt temperatūru. Tabulā parādītas abu sensoru nominālās pretestības vērtības dažādās temperatūrās.

*Vērtības atbilst standartam IEC 60751 (nominālais temperatūras koeficients α = 0,00385 °C⁻¹).

Sensora uzbūve

Pt100 sensora elements var būt izgatavots no smalkas platīna stieples, kas uztīta uz keramiskas serdes, vai no plānas platīna kārtiņas, kas uzklāta uz pamatnes (plānkārtiņas izpildījums). Pt1000 sensorus bieži izgatavo plānkārtiņas izpildījumā. Sensora pretestību nosaka platīna elementa ģeometrija un materiāla īpašības.

Stieples tipa sensori var būt piemēroti plašākam temperatūras diapazonam, savukārt plānkārtiņas tipa sensori ir kompaktāki un bieži vien izturīgāki pret vibrācijām. Konkrētā modeļa pieļaujamais temperatūras diapazons vienmēr jāpārbauda ražotāja tehnisko datu lapā.

Pt100 vai Pt1000

Abu sensoru tipu darbības princips ir vienāds, taču Pt1000 nominālā pretestība ir desmit reizes lielāka nekā Pt100. Tas ietekmē pretestības izmaiņu uz vienu temperatūras grādu un kabeļa pretestības radīto mērījuma kļūdu.

Svarīgi ņemt vērā, ka Pt100 un Pt1000 sensorus nevar savstarpēji aizvietot bez atbilstošas mēriekārtas konfigurācijas. Kontrollerim vai mērpārveidotājam jāatbalsta konkrētais sensora tips, un tas attiecīgi jākonfigurē.

Pielaides klases A un B

Standarts IEC 60751 nosaka pielaides klases, kas raksturo pieļaujamo sensora novirzi no nominālās temperatūras un pretestības sakarības. A klasei ir mazāka pieļaujamā novirze, savukārt B klase tiek plaši izmantota vispārīgos rūpnieciskos lietojumos. Pieļaujamā novirze palielinās, temperatūrai attālinoties no 0 °C.

• B klase: pieļaujamā novirze ±(0,30 + 0,005 × |t|) °C.

• A klase: pieļaujamā novirze ±(0,15 + 0,002 × |t|) °C.

Formulās |t| apzīmē temperatūras absolūto vērtību grādos pēc Celsija.

A klases pielaides parasti ir spēkā šaurākā temperatūras diapazonā nekā B klases pielaides. Tāpēc pirms sensora izvēles jāpārbauda ražotāja norādītais darba temperatūras diapazons un pielaides klases piemērojamība.

Pieslēgums ar 2, 3 un 4 vadiem

Mērot sensora pretestību, rezultātu var ietekmēt arī pieslēguma vadu pretestība. Lai mazinātu tās radīto mērījuma kļūdu, izmanto dažādus pieslēguma veidus.

• 2 vadu slēgums ir vienkāršākais, taču abu pieslēguma vadu pretestība pieskaitās sensora pretestībai un rada mērījuma kļūdu.

• 3 vadu slēgums ļauj mēriekārtai kompensēt lielāko daļu pieslēguma vadu pretestības ietekmes. Kompensācija ir visprecīzākā, ja vadu pretestības ir vienādas.

• 4 vadu slēgums ļauj praktiski novērst pieslēguma vadu pretestības ietekmi uz mērījumu un nodrošina visaugstāko precizitāti no šiem pieslēguma veidiem.

Precizitāte un kabeļa ietekme

Jo garāks kabelis, jo lielāka ir tā elektriskā pretestība un līdz ar to arī iespējamā mērījuma kļūda 2 vadu slēgumā. Tā kā Pt1000 pretestības izmaiņa uz vienu temperatūras grādu ir aptuveni desmit reizes lielāka nekā Pt100, vienāda kabeļa pretestība Pt1000 gadījumā rada mazāku temperatūras mērījuma kļūdu. Tāpēc Pt1000 ir piemērotāks risinājums, ja nepieciešams izmantot garu kabeli ar 2 vadu pieslēgumu. Savukārt 4 vadu slēgums ļauj praktiski novērst kabeļa pretestības ietekmi neatkarīgi no sensora tipa.

Tabulā parādītas aptuvenās mērījuma novirzes, ņemot vērā sensora pielaides klasi un kabeļa pretestības ietekmi konkrētos aprēķina apstākļos.

*Aprēķinā izmantotie dati: temperatūra 150 °C, 10 m garš vara kabelis (2 vadu slēgumā kopējais vadītāju garums ir 20 m), vadītāja šķērsgriezuma laukums 0,22 mm². Norādītās vērtības ir aptuvenas un iegūtas, summējot sensora pielaides maksimālo novirzi ar kabeļa pretestības radīto kļūdu. 2 vadu slēgumā tabulā norādīta maksimālā pozitīvā novirze, jo kabeļa pretestība palielina izmērīto pretestību. Aprēķinā nav ietvertas citas iespējamās kļūdas, piemēram, mēriekārtas neprecizitāte, sensora pašsasilšana un apkārtējās temperatūras ietekme uz kabeļa pretestību.

Izmantošana un pieslēgšana

RTD sensorus izmanto pārtikas un dzērienu ražošanā, farmācijā, ķīmiskajā rūpniecībā, naftas pārstrādē, ventilācijas un apkures sistēmās, kā arī citās jomās, kur nepieciešami stabili un atkārtojami temperatūras mērījumi.

Sensoru bieži pieslēdz mērpārveidotājam, kas pretestības signālu pārveido standartizētā analogā vai digitālā signālā. Viens no izplatītākajiem risinājumiem ir 4–20 mA strāvas signāls, kas piemērots pārraidei lielos attālumos, jo strāvas cilpa ir mazāk jutīga pret kabeļa pretestību un elektromagnētiskajiem traucējumiem.

RTD sensorus var pieslēgt arī programmējamiem loģiskajiem kontrolleriem (PLC), datu iegūšanas sistēmām un SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sistēmām, izmantojot atbilstošas mērīšanas ieejas vai mērpārveidotājus. Ja nepieciešama augsta mērījumu precizitāte, ieteicams izmantot 4 vadu pieslēgumu, kas praktiski novērš pieslēguma vadu pretestības ietekmi.

Citi temperatūras sensoru veidi

RTD sensori nav vienīgais temperatūras mērīšanas risinājums. Atkarībā no lietojuma un mērīšanas apstākļiem piemērotāks var būt arī cita veida temperatūras sensors.

• Termopāri rada termoelektrisko spriegumu, kas atkarīgs no temperatūras starpības starp mērīšanas un atskaites savienojumiem. Tiem parasti ir plašāks darba temperatūras diapazons, un tie var nodrošināt ātru reakciju, taču standarta izpildījumā to mērījumu precizitāte bieži ir zemāka nekā RTD sensoriem.

• Bimetāliskie termometri ir mehāniskas mērierīces, kas darbojas bez ārējas barošanas un attēlo temperatūru uz skalas. Tie ir piemēroti temperatūras vizuālai kontrolei mērīšanas vietā.

• Infrasarkanie temperatūras sensori ļauj mērīt temperatūru bez tiešas saskares ar objektu, tāpēc ir piemēroti kustīgu, karstu vai grūti pieejamu objektu temperatūras mērīšanai. Mērījuma rezultātu ietekmē objekta virsmas izstarošanas spēja.

• Apkārtējās vides temperatūras sensori ir paredzēti gaisa temperatūras mērīšanai telpās un ārpus telpām.

Temperatūras sensoru izpildījumi

Izvēloties temperatūras sensoru, svarīgs ir ne tikai sensora tips, bet arī tā konstrukcija un montāžas veids. ZTF Lāsma temperatūras sensoru kategorijā ir pieejami dažādi sensoru izpildījumi, kas piemēroti atšķirīgiem montāžas un mērīšanas apstākļiem.

Kompaktie temperatūras sensori bez vītnes Piemēroti vietām, kur nepieciešams vienkāršs un kompakts risinājums.	Kompaktie temperatūras sensori ar vītni Paredzēti drošai un stabilai montāžai, piemēram, tvertnēs un cauruļvados.
Temperatūras sensori ar pieslēguma galvu Pieslēguma galva atvieglo elektrisko savienojumu izveidi un sensora apkopi.	Temperatūras sensori ar pieslēguma galvu un vītni Apvieno vītņotu montāžas savienojumu ar ērtu elektrisko pieslēgšanu un apkopi.
Daudzpunktu temperatūras sensori Ļauj vienlaikus mērīt temperatūru vairākos punktos, piemēram, dažādos tvertnes augstumos.	Pārnēsājamie un rokas temperatūras sensori Piemēroti apkopes, diagnostikas un pārbaudes mērījumiem.

Montāža un pieslēgšana. Papildus sensoriem ir pieejami arī temperatūras sensoru piederumi, kas palīdz nodrošināt sensoru montāžu un pieslēgšanu.

Kā izvēlēties temperatūras sensoru

Lai izvēlētos piemērotāko temperatūras sensoru, vispirms ieteicams izvērtēt šādus parametrus:

• Darba temperatūras diapazons – temperatūras robežas, kurās sensoram jānodrošina uzticami mērījumi.

• Mērījumu precizitāte – nepieciešamā precizitāte un sensora pielaides klase (A vai B).

• Pieslēguma veids un kabeļa garums – vai pietiek ar 2 vadu slēgumu vai nepieciešams 3 vai 4 vadu pieslēgums.

• Sensora tips – Pt100 vai Pt1000 un tā saderība ar kontrolleri vai mērpārveidotāju.

• Montāžas veids – stiprinājuma veids, pieslēguma vītnes izmērs un nepieciešamais iegremdēšanas dziļums.

• Ekspluatācijas apstākļi – mitrums, vibrācijas, spiediens un ķīmiski agresīvu vielu iedarbība.

Pieejamos modeļus un to tehniskos parametrus var apskatīt ZTF Lāsma temperatūras sensoru kategorijā.