Rezystancyjne czujniki temperatury Pt100, Pt500 i Pt1000.

Czujniki rezystancyjne (Resistance Temperature Detectors “RTD”) typu Pt100, Pt500, Pt1000 to czujniki temperatury, które przeznczone są do pomiaru temperatury: cieczy, gazów, elementów maszyn, urządzeń oraz instalacji przemysłowych.

Rezystancyjne czujniki temperatury (RTD: Pt100, Pt500, Pt1000)

Pomiar temperatury może być wykonywany za pomocą różnych typów czujników temperatury, są to gównie czujniki rezystancyjne (RTD), jak i czujniki termoelektryczne (termopary). Rezystancyjne czujniki temperatury (RTD: Pt100) stanowią podstawową grupę czujników do pomiaru temperatury. Są to czujniki, których sensory wykorzystują zjawisko zmiany rezystancji (oporności) przewodnika z którego są wykonane, pod wpływem zmiany temperatury. Elementem pomiarowym rezystancyjnych czujników temperatury (RTD) jest termorezystor (sensor platynowy (np. Pt100) lub niklowy), którego rezystancja zmienia się wraz ze zmianą temperatury. W pomiarach przemysłowych najczęściej wykorzystuje się czujniki platynowe typu Pt100 o współczynniku temperaturowym 3850ppm, jak również termorezystory Pt500 i Pt1000. Zależność pomiędzy rezystancją, a mierzoną temperaturą została określona normą PN-EN60751: 2009. Oprócz najczęściej stosowanych czujników platynowych (Pt100, Pt500 i Pt1000) do pomiarów temperatury wykorzystuje się również inne elementy pomiarowe. Są to głównie: termorezystory niklowe (Ni100 i Ni1000), sensory półprzewodnikowe (termistory (NTC i PTC), itp.

Temperatura jest podstawową wielkością procesową, która występuje niemal we wszystkich procesach technologicznych i przemysłowych, budownictwie, laboratoriach, itp., którą się mierzy, kontroluje, reguluje, monitoruje i rejestruje za pomocą czujników temperatury. Do przemysłowego pomiaru temperatury najczęściej wykorzystuje się właśnie rezystancyjne czujniki temperatury z sensorami wykorzystującymi zjawisko zmiany rezystancji pod wpływem zmiany temperatury. Są to przede wszystkim rezystancyjne czujniki temperatury sensorem typu Pt100. Rezystancyjne czujniki temperatury składają się głównie z sensora temperatury (np. termorezystora platynowego Pt100) i obudowy zabezpieczającej sensor temperatury przed czynnikami zewnętrznymi.

Sensory temperatury (termorezystory) wykonywane są głównie w dwóch technologiach, jako termorezystory drutowe (ceramiczne) oraz napylane (cienkowarstwowe):

  • Termorezystory drutowe (ceramiczne) to sensory temperatury, gdzie drut platynowy jest nawinięty na mały rdzeń ceramiczny, który następnie jest wsunięty w specjalny kubek ceramiczny i zalany specjalną zalewą. W tej technologii są wykonywane głównie sensory temperatury typu Pt100.
  • Termorezystory cienkowarstwowe (napylane) to sensory temperatury, gdzie warstwa platyny jest napylona na cienką płytkę ceramiczną, która jest następnie pokryta specjalną warstwą zabezpieczającą. W technologii tej są wykonywane poza sensorami Pt100, również sensory pomiarowe typu: Pt100, Pt500, Pt1000, Ni100 i Ni1000.

Po produkcji czujników temperatury czasami stosuje się termorezystory w obudowach szklanych (Pt100), gdzie rdzeń i odbudowa wykonane są ze specjalnego szkła, a także termorezystory cienkowarstwowe w specjalnych kubkach ceramicznych, termorezystory napylone na płytkach PCB, termorezystory do montaży SMD, itp.

Sensory temperatury drutowe (ceramiczne) i cienkowarstwowe różnią się głównie rozmiarami, dopuszczalnym prądem pomiarowym i zakresem temperatury pracy. Dla sensorów wykonanych w technice cienkowarstwowej dopuszczalny prąd pomiarowy wynosi 1mA. Natomiast dla sensorów drutowych (ceramicznych) dopuszczalny prąd pomiarowy wynosi 5mA. Sensory cienkowarstwowe ze względu na technologię produkcji zazwyczaj przeznaczone są do pracy w temperaturach od -50…400°C, natomiast sensory ceramiczne mogą pracować w szerszym zakresie temperatur wynoszącym od -200 do 850°C.


Tematyka zawarta poniższym artykule:


Rezystancyjne czujniki temperatury Pt100, Pt500 i Pt1000 – charakterystyki termometryczne.

Czujnik temperatury Pt100 ze złączami M12

W warunkach przemysłowych najczęściej stosowane są czujniki temperatury wyposażone w sensory typu Pt100. Natomiast w ciepłownictwie, klimatyzacji, czy też wentylacji często spotyka się czujniki temperatury wyposażone we sensory Pt500, Pt1000, Ni100, Ni1000, NTC lub PTC. Czujniki typu Pt100 to czujniki temperatury, których rezystancja w temperaturze 0°C wynosi 100Ω. Natomiast czujniki temperatury Pt500 i Pt1000, to czujniki których rezystancje w temperaturze 0°C wynoszą odpowiednio 500Ohm (dla czujnika Pt500) lub 1000Ohm (dla czujnika Pt1000). Główną zaletą stosowania czujników temperatury z sensorami typu Pt500 i Pt1000 jest mniejszy koszt wykonania linii podłączeniowej. Ze względu na nominalną rezystancję samego czujnika, wpływ rezystancji linii pomiarowej na pomiar jest pomijalnie mały, dlatego połączenie pomiędzy czujnikiem temperatury Pt500 lub Pt1000, a urządzeniami pomiarowymi (miernikami, regulatorami czy też rejestratorami) wykonywane jest w technice dwuprzewodowej. Czujniki temperatury typu Pt500 i Pt1000 do podłączania nie wymagają stosowania linii 3 i 4- przewodowej. Rezystancyjne czujniki temperatury (RTD) charakteryzują się dużo wyższą dokładnością i rozdzielczością pomiaru w porównaniu do czujników termoelektrycznych (termopar).

Klasy dokładności (tolerancje i błędy pomiarowe) rezystancyjnych czujników temperatury (Pt100, Pt500 i Pt1000).

Dopuszczalne odchyłki dla platynowych czujników temperatury zostały dokładnie opisane w normie PN-EN60751:2009. Obecnie norma ta rozróżnia dwie klasy dokładności A (AA (podwójna A) i A) oraz klasę dokładności B. Podstawową klasą dokładności w jakiej są wykonywane przemysłowe czujniki temperatury jest klasa B. Klasy dokładności AA i A są dokładniejsze, ale żeby zachowana była deklarowana dokładność, czujniki temperatury powinny być podłączane linią 3 lub 4- przewodową. Podłączenie czujników temperatury linią 3 lub 4 przewodową umożliwia kompensację rezystancji oraz zmiany rezystancji linii pomiarowej od temperatury. Aby mierzyć temperaturę z wysoką dokładnością urządzenie do pomiaru temperatury (miernik, regulator, rejestrator, itp.) powinno być wyposażone w wejście pomiarowe, które umożliwia podłączenie czujników temperatury w technice 3 lub 4 przewodowej. Ponadto linię podłączeniową 3 i 4 przewodową stosuje się gdy czujniki temperatury znajdują w znacznej odległości (aby skompensować rezystancję przewodu).

Klasy dokładności - czujniki temperatury Pt100, Pt500 i Pt1000
Klasy dokładności czujników Pt100, Pt500, Pt1000

Klasy dokładności czujników rezystancyjny Pt100, Pt500 i Pt1000

Klasa Zakres stosowania rezystorów drutowych Zakres stosowania rezystorów cienkowarstwowych Dopuszczalne odchyłki
A (1/3 DIN) -50…250°C 0…150°C T = ( 0.10 + 0.0017 * | t | )°C
A -100…450°C -30…300°C T = ( 0.15 + 0.002 * | t | )°C
B -196…600°C   T = ( 0.3 + 0.005 * | t | )°C

 

Dopuszczalne odchyłki dla czujników temperatury typu Pt100, Pt500 i Pt1000.

Temperatura [°C] Klasa AA [°C] Klasa A [°C] Klasa B [°C]
-196 ±1,28
-100 ±0,35 ±0,80
-50 ±0,185 ±0,25 ±0,55
0 ±0,10 ±0,15 ±0,30
100 ±0,27 ±0,35 ±0,80
200 ±0,44 ±0,55 ±1,30
250 ±0,525 ±0,65 ±1,55
300 ±0,75 ±1,80
350 ±0,85 ±2,05
400 ±0,95 ±2,30
450 ±1,05 ±2,55
500 ±2,8
600 ±3,30

Rezystancyjne czujniki temperatury typu Pt100, Pt500 i Pt1000 – rodzaje obwodów pomiarowych.

Rezystancyjne czujniki temperatury Pt100

Czujniki temperatury typu Pt100 mogą być podłączane do urządzeń pomiarowych za pomocą linii 2, 3 lub 4- przewodowej. Ze względu na koszty instalacji najczęściej stosowane jest podłączenie 2- przewodowe. Zaletą takiego podłączenia są niskie koszty kabli, natomiast wadą takiego połączenia jest pojawienie się pewnego błędu pomiarowego, spowodowanego rezystancją linii pomiarowej oraz jej zmianą wraz z temperaturą otoczenia. Dlatego w przemysłowych pomiarach temperatury czujniki temperatury typu Pt100 podłącza się linią 3- przewodową.  Zastosowanie linii pomiarowej 3- przewodowej niweluje błąd spowodowany rezystancją przewodów podłączeniowych.

Błąd pomiarowy spowodowany rezystancją linii pomiarowej oraz jej zmianą wraz ze zmianą temperatury całkowicie eliminuje podłączanie czujników temperatury linią 4- przewodową. Jednak aby w pełni wykorzystać zalety linii 3 i 4- przewodowej wymagane jest aby przyrządy miały wejście pomiarowe, które umożliwia podłączenie czujników temperatury Pt100 linią 3 i 4-przewodową. Możliwość podłączenia linią 4- przewodową mają zazwyczaj przyrządy laboratoryjne, które służą do wzorcowania, sprawdzania i kalibracji czujników temperatury. Tak więc linia 4- przewodowa jest stosowane głównie w laboratoriach pomiarowych i wzorcujących oraz tam gdzie wymagana jest bardzo duża dokładność pomiaru. Czujniki temperatury Pt500, Pt1000 oraz Ni1000 ze względu na znikomo mały wpływ rezystancji linii pomiarowej na pomiar podłączane są linią 2-przewodową.

  • Podłączenie rezystancyjnych czujników temperatury typu: w układzie 2- przewodowym.

Podłączenie czujników temperatury linią 2-przewodową
Podłączenie czujników temperatury linią 2-przewodową

 Połączenie czujników temperatury z urządzeniem pomiarowym (miernikiem, regulatorem czy też rejestratorem) odbywa się za pomocą linii 2- przewodowej. Każdy przewód elektryczny posiada swoją rezystancję elektryczną połączoną szeregowo z czujnikiem temperatury. Podłączenie przewodu powoduje dodanie dwóch rezystancji, wynikiem czego jest wyższa wartość mierzonej temperatury. Przy dużych odległościach rezystancja przewodów może powodować znaczne błędy mierzonej temperatury. Aby skorygować błąd spowodowany rezystancją przewodów niektóre mierniki, regulatory i rejestratory są wyposażone w funkcję korekcji (przesunięcia) wartości mierzonej.

  • Podłączenie rezystancyjnych czujników temperatury Pt100 w układzie 3- przewodowym.

Podłączenie czujników temperatury linią 3-przewodową
Podłączenie czujników temperatury linią 3-przewodową

Wpływy rezystancji przewodów oraz jej zmiany są redukowane w układzie 3-przewodowym. W układzie 3-przewodowym dodatkowy przewód jest podłączony bezpośrednio do elementu pomiarowego Pt100. W ten sposób powstają dwa obwody pomiarowe, z których jeden jest używany jako obwód pomiarowy, który mierzy rezystancję termorezystora, a drugi mierzy rezystancję przewodów. Układ 3-przewodowy umożliwia kompensację błędu pomiarowego wynikającego z rezystancji (oraz zmian rezystancji) przewodów podłączeniowych. Jednak wymagane jest, aby wszystkie trzy żyły miały identyczne właściwości i znajdowały się w tej samej temperaturze. Układ ten jest podstawowym układem pomiarowym, ale wymaga, aby urządzenia pomiarowe (mierniki, regulatory i rejestrator) miały wejście, które umożliwia podłączenie czujnika Pt100 linią 3-przewodową.

  • Podłączenie rezystancyjnych czujników temperatury Pt100 w układzie 4- przewodowym.

Podłączenie czujników temperatury linią 4-przewodową
Podłączenie czujników temperatury linią 4-przewodową

Najdokładniejsze pomiary temperatury zapewnia połączenie czujników temperatury (RTD) linią 4-przewodową. Przy takim sposobie podłączenia czujników temperatury Pt100, wynik pomiaru nie zależy od rezystancji przewodów, ani od jej zmiany rezystancji w wyniku zmiany temperatury przewodów. Ze względu na koszy linii podłączeniowej i urządzeń pomiarowych, takie rozwiązanie stosuje się tylko w dokładnych pomiarach laboratoryjnych.

Sposób doboru rezystancyjnych czujników temperatury.

Podczas doboru czujnika temperatury należy zwrócić głównie uwagę na następujące rzeczy:

  1. Mierzona temperatura: Rezystancyjne czujniki temperatury stosowane są głównie w zakresie -50…400°C, a maksymalnie -200…600°C. Przy tym należ zwrócić uwagę, że rezystancyjne czujniki temperatury posiadają wyższą dokładność oraz rozdzielczość pomiaru niż czujniki termoelektryczne, które za to poosiadają krótszy czas odpowiedzi i wyższą odporność mechaniczną.
  2. Mierzone medium: W zależności od mierzonego medium należy dobrać odpowiedni materiał osłony czujnika temperatury. Np. czujniki temperatury przeznaczone do pomiaru kąpieli galwanicznych powinny mieć osłony wykonane z materiału, który jest odporny na działanie danego czynnika (np. teflon, PVDF, itp.).
  3. Miejsce montażu: Miejsce montażu czujnika temperatury ma znaczenie przy doborze średnicy i długości montażowej. Osłona czujnika temperatury powinna być z jednej strony o możliwie małej średnicy, im mniejsza średnica tym szybszy czas odpowiedzi czujnika. Natomiast z drugiej strony osłona powinna mieć średnicę odpowiednią do przenoszonego obciążenia (ciśnienia i przepływu), a także mierzonego medium, długości i sposobu montażu. Zalecana minimalna długość zanurzeniowa osłony czujnika powinna wynosić od min. 6 do 15 średnic w zależności od mierzonego medium. Tam, gdzie nie mogą być montowane tak długie osłony (np. rurociągi o małej średnicy), zalecany jest montaż czujnika pod kątem do kierunku przepływu lub w kolanie rurociągu. Czujniki temperatury powinny być montowane w taki sposób, aby jak największa powierzchnia osłony czujnika miała kontakt z mierzonym medium. Długość osłony czujnika również nie powinna być zbyt duża ze względu na możliwość jej wygięcia, zwłaszcza gdy czujnik temperatury jest zamontowany poziomo. Nie zalecany jest montaż poziomy długich czujników temperatury oraz pracujących w wysokich temperaturach, ze względu na możliwość ugięcia pod własnym ciężarem.

Rezystancyjne czujniki temperatury (Pt100, Pt500 i Pt1000) – podział ze względu na budowę.

Rezystancyjne czujniki temperatury wykonywane są w różnych wersjach, z różnymi przyłączami procesowymi i elektrycznymi. Ze względu na budowę czujniki dzielimy na klika kategorii:

  • Czujniki kablowe (inaczej czujniki przewodowe) – są to czujniki temperatury których przyłącze elektryczne wykonane jest w postaci elastycznego przewodu w odpowiedniej izolacji, która zależy od temperatury pracy i środowiska w którym pracuje. W takim przypadku zakres pomiarowy czujników jest ograniczony temperaturą pracy izolacji przewodu.
  • Czujniki głowicowe – są to czujniki temperatury których przyłącze elektryczne wykonane jest w postaci głowicy przyłączeniowej. Głowica przyłączeniowa może być wykonana z aluminium, aluminium lub tworzywa sztucznego. W głowicy czujnika znajduje się kostka ceramiczna (lub z tworzywa) z zaciskami elektrycznymi do podłączenia odpowiedniego przewodu. Zakres pomiarowy głowicowych czujników głowicowych jest ograniczony temperaturą pracy głowicy (zazwyczaj to 150°C). Dlatego przy wyższych temperaturach stosuje się czujniki głowicowe w których głowica jest odsadzona od króćca montażowego (typowo o ok. 145mm), tak aby temperatura mierzonego ośrodka nie była przenoszona na zaciski podłączeniowe, a co za tym idzie i na sam przewód podłączeniowy.
  • Czujniki płaszczowe – są to czujniki temperatury, które wykonywane ze specjalnego płaszcza, w którym znajdują się przewody podłączeniowe są odizolowane od siebie silnie sprasowanym tlenkiem magnezu. Takie wykonanie czujnika pozwala na dowolne kształtowanie osłony (płaszcza), przy zachowaniu minimalnego promienia gięcia.
  • Czujniki puszkowe (w obudowach z tworzywa) do klimatyzacji i wentylacji – są to czujniki temperatury, które wykonane są w postaci puszki (obudowy), którą można zamontować na ścianie lub kanale wentylacyjnym. Są to zazwyczaj czujniki temperatury do pomiaru temperatury w kanale wentylacyjnym, temperatury otoczenia lub temperatury zewnętrznej.
  • Czujniki temperatury ze załączani przemysłowymi typu M12 i GDM – są to czujniki temperatury, których przyłącze elektryczne jest wykonane w postaci 4-pinowych gniazd lub wtyków typu M12, GDM, itp. Zaletą czujników z tego typu złączami jest szybki demontaż kabla i wymiana samego czujnika.

Rezystancyjne czujniki temperatury (Pt100, Pt500 i Pt1000) – własności dynamiczne wg PN-EN 60751: 2009.

Stała czasowa czujników temperatury

Czas odpowiedzi jest to czas, który potrzebuje czujnik temperatury po skokowej zmianie temperatury, aby wskazać określoną część wartość skoku temperatury.

  • Stała czasowa [t05]: jest to czas, po którym czujnik temperatury wskaże 50% wartości wymuszonego skoku temperatury.
  • Stała czasowa [t09]: jest to czas, po którym czujnik temperatury wskaże 90% wartości wymuszonego skoku temperatury.

Czasy odpowiedzi wyznaczane są dla następujących warunków:

W przepływającym powietrzu:

  • Prędkość przepływu: V = 3 ±0,3m/s
  • Temperatura powietrza: To = 10÷30°C
  • Skok temperatury: ∆T = 10÷20°C
  • Min. zanurzenie = (długość części czułej + 15 średnic części czułej czujnika)

W płynącej wodzie:

  • Prędkość przepływu: V = 0,4 ±0,05m/s
  • Temperatura początkowa: To = 5÷30°C
  • Skok temperatury: ∆T = 10°C
  • Min. zanurzenie = (długość części czułej + 5 średnic części czułej czujnika)

Rezystancyjne czujniki temperatury (Pt100, Pt500 i Pt1000) – obciążalność osłon termometrycznych.

Dopuszczalne obciążenia osłon czujników temperatury w warunkach pracy zależą od ciśnienia mierzonego ośrodka, temperatury, prędkości przepływu, średnicy osłony, długości osłony [L], materiału z jakiego są wykonane. Wartości podane na wykresach obliczono dla wody i pary wodnej przy zamocowaniu osłon prostopadłym do osi rurociągu.

Średnica osłon czujnika: 6, 8, 9 i 10mm 
Obciążalność osłon o średnicy 6, 8, 9 i 10mmDopuszczalna prędkość przepływu:
  • para – 25m/s
  • woda – 3m/s
Dopuszczalny moment dokręcenia łącznika – 49Nm
Średnica osłon czujnika: 11, 12, 14 i 15mm 
Dopuszczalna prędkość przepływu:
  • para – 40m/s
  • woda – 5m/s
Dopuszczalny moment dokręcenia łącznika – 98Nm

 Przykładowe sposoby montażu rezystancyjnych czujników temperatury (RTD).

Czujniki temperatury należy montować w miejscach umożliwiających łatwy dostęp, obsługę i konserwację. Czujniki należy montować w taki sposób, aby miały odpowiedni kontakt z mierzonym medium.

Zalecana długość montażowa czujników temperatury to:

  • W pływającej wodzie: min. 6-8 średnic osłony zewnętrznej czujnika,
  • W przepływającym powietrzu: min. 10-15 średnic osłony zewnętrznej czujnika.

Przykładowe sposoby montażu czujnika temperatury w rurociągu zostały pokazane poniżej:

  • Montaż prostopadły do kierunku przepływu,
  • Montaż pod kątem do kierunku przepływu,
  • Montaż w kolanie.

Podczas montażu w rurociągu zalecane jest, aby element pomiarowy czujnika temperatury znajdował się w osi przepływu.

Zastosowanie rezystancyjnych czujników temperatury (RTD: Pt100, Pt500 i Pt1000).

Rezystancyjne czujniki temperatury ze względu na swoją budowę i temperaturę pracy mogą znaleźć zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, maszynach i urządzeniach oraz instalacjach. Nasze rezystancyjne czujniki temperatury znajdują zastosowane przede wszystkim w:

Zobacz również szeroką ofertę urządzeń do pomiaru, kontroli, regulacji, rejestracji oraz monitoringu temperatury w tym różnego rodzaju: mierniki temperaturytermoregulatoryrejestratory temperatury, itp. na naszej stronie lub stronie producenta firmy Shinko Technos.

Dostawcy

ACSE Sp. z o. o. z siedzibą w Krakowie obszarem swojej działalności obejmuje głównie automatykę przemysłową, ciepłownictwo, wentylację, klimatyzację, także inne obszary, które wykorzystają wszelkiego rodzaju urządzenia kontolno-pomiarową oraz automatykę przemysłową. ACSE Sp. z o.o. rozpoczęła swoją działalność w roku 2005, którą stale rozszerza i rozwija podnosząc jakość i gamę oferowanych urządzeń. Firma zatrudnia wysoko wykwalikowanych personel, którzy wiedzę i doświadczenie zdobył w Krakowskiej Fabryce Aparatów Pomiarowych S.A. (KFAP S.A.). ACSE Sp. z o.o. produkuje głównie przemysłowe czujniki temperatury,  zarówno czujniki rezystancyjne, jak i termoelektryczne (termopary). Ponadto posiadamy również w ofercie szeroką gamę innych urządzeń pomiarowych, takich jak różnego rodzaju mierniki, regulatory, rejestratory przetworniki temperatury (wilgotności, ciśnienia, różnicy ciśnień, przepływu, pH, redox (ORP), przewodności), a także innych parametrów technologicznych i przemysłowych. Są to głownie przemysłowe czujniki temperatury, mierniki tablicowe, regulatory PID, rejestratory bezpapierowe i elektroniczne dataloggery, przetworniki wilgotności względnej, przetworniki niskich ciśnień, przetworniki prędkości powietrza, manometry cyfrowe, kalibratory ciśnienia, piece do kalibracji czujników temperatury, stacje meteo, deszczomierze, przetworniki do pomiaru promieniowania słonecznego (pyranometry), itp.

Dane kontaktowe

0
    0
    Twoje zapytanie
    Brak zapytańPowrót