PT100 lämpötila-anturi

PT100 on yksi yleisimmistä RTD- (Resistance Temperature Detector) lämpötila-anturityypeistä. PT100-anturin nimi viittaa sen resistanssiin 100 ohmia (+/-0,06 ohmia) 0 °C:ssa (32 °F).

 PT100-anturit ovat erittäin tarkkoja ja toistettavia, ja ne ovat yleisesti käytössä teollisuudessa, laboratorioissa ja HVAC-sovelluksissa (heating, ventilation, and air conditioning).

PT100-anturit perustuvat siihen, että platina-metallilangan resistanssi kasvaa lineaarisesti lämpötilan noustessa. Anturissa käytetään ohutta platinalankaa tai kalvoa, joka on kiinnitetty keraamiseen tai lasiseen substraattiin. Lämpötilan muutoksen aiheuttama resistanssin muutos voidaan mitata ja muuntaa lämpötilaksi.

PT100-standardit

PT100-antureita valmistetaan kahden eri standardin mukaisesti: IEC 60751 (eurooppalainen standardi) ja ASTM E1137 (amerikkalainen standardi). Nämä standardit määrittävät anturin tarkkuuden ja lämpötila-resistanssi -suhteen. IEC 60751 määrittää kaksi tarkkuusluokkaa: luokka A (±0,15 °C ±0,002 |t|) ja luokka B (±0,3 °C ±0,005 |t|), missä |t| on lämpötila celsiusasteina. ASTM E1137 määrittelee kaksi tarkkuusluokkaa: Grade A (±0,13 °C +0,0017 |t|) ja Grade B (±0,25 °C +0,004 |t|).

Laskukaavat

Lämpötila-resistanssi -suhde PT100-anturille määritellään Callendar-Van Dusen -yhtälöllä:

Rt = R0 * (1 + A * t + B * t^2 + C * (t - 100) * t^3)

missä:

• Rt on resistanssi lämpötilassa t (°C)
• R0 on resistanssi 0 °C:ssa (100 ohmia PT100-anturille)
• t on lämpötila (°C)
• A, B ja C ovat Callendar-Van Dusen -yhtälön kertoimia.

IEC 60751 -standardin mukaisille PT100-antureille kertoimet ovat seuraavat:

• A = 3,9083 * 10^(-3) °C^(-1)
• B = -5,775 * 10^(-7) °C^(-2)
• C = -4,183 * 10^(-12) °C^(-4) (kun t < 0 °C)

ASTM E1137 -standardin mukaisille PT100-antureille kertoimet ovat hieman erilaiset.

Callendar-Van Dusen -yhtälöä voidaan käyttää resistanssin laskemiseen lämpötilan perusteella, mutta käytännössä sitä käytetään usein resistanssi-lämpötila -taulukoiden luomiseen, joita voidaan käyttää nopeasti ja helposti anturin lämpötilan määrittämiseen resistanssin perusteella.

Kun resistanssi on mitattu, Callendar-Van Dusen -yhtälö voidaan ratkaista lämpötilan suhteen. Tämä voidaan tehdä numeerisesti esimerkiksi Newton-Raphson -menetelmällä tai etsimällä resistanssiarvoa vastaava lämpötila taulukoista.

Johdotusmenetelmät

PT100-antureita voidaan käyttää erilaisilla johdotusmenetelmillä, kuten 2-, 3- ja 4-johtimen menetelmillä. Nämä menetelmät on suunniteltu minimoimaan johtimien ja liitosten resistanssin vaikutus mittauksiin.

2-johtimen menetelmä

Tässä menetelmässä PT100-anturi on kytketty mittauslaitteeseen kahdella johdolla. Tämä on yksinkertaisin ja edullisin menetelmä, mutta se ei kompensoi johtimien resistanssia, joten se ei ole yhtä tarkka kuin muut menetelmät.

3-johtimen menetelmä

Tässä menetelmässä PT100-anturi on kytketty mittauslaitteeseen kolmella johdolla, joiden avulla voidaan kompensoida johtimien resistanssi. Tämä menetelmä on yleisimmin käytössä, koska se tarjoaa paremman tarkkuuden kuin 2-johtimen menetelmä eikä vaadi lisäkustannuksia.

4-johtimen menetelmä

Tässä menetelmässä PT100-anturi on kytketty mittauslaitteeseen neljällä johdolla, joiden avulla voidaan kompensoida sekä johtimien että liitosten resistanssi. Tämä menetelmä tarjoaa parhaan tarkkuuden, mutta se on monimutkaisempi ja kalliimpi kuin muut menetelmät.

Sovellukset

PT100-antureita käytetään monissa eri sovelluksissa ja teollisuudenaloilla, joissa tarvitaan tarkkaa ja toistettavaa lämpötilan mittausta. Näitä sovelluksia ovat muun muassa:

• Teollisuusprosessien valvonta ja säätö
• Lämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmien (HVAC) valvonta
• Laboratorio- ja kalibrointilaitteet
• Elintarvike- ja juomateollisuus
• Lääketieteen laitteet ja biotekniikka
• Energiantuotanto ja voimalaitokset
• Ilmailu- ja avaruusteollisuus

PT100-anturin hyödyt ja haitat

PT100-antureilla on useita etuja ja haittoja verrattuna muihin lämpötila-anturityyppeihin:

Hyödyt:

• Korkea tarkkuus ja toistettavuus: PT100-anturit ovat erittäin tarkkoja ja toistettavia, mikä tekee niistä ihanteellisia sovelluksiin, joissa vaaditaan tarkkaa lämpötilan mittausta.
• Laaja lämpötila-alue: PT100-anturit toimivat laajalla lämpötila-alueella, tyypillisesti noin -200 °C - +850 °C.
• Pitkä käyttöikä ja stabiilisuus: Platina on kemiallisesti stabiili materiaali, mikä tekee PT100-antureista kestäviä ja pitkäikäisiä.
• Standardisoitu: PT100-anturit valmistetaan IEC 60751 tai ASTM E1137 -standardien mukaisesti, mikä takaa niiden yhteensopivuuden ja vertailukelpoisuuden eri valmistajien välillä.

Haitat:

• Hinta: PT100-anturit ovat kalliimpia kuin jotkut muut lämpötila-anturityypit, kuten termoelementit ja NTC-anturit.

• Herkkyys mekaaniselle rasitukselle: PT100-anturit ovat herkempiä mekaaniselle rasitukselle kuin esimerkiksi termoelementit, joten ne eivät välttämättä sovellu yhtä hyvin erittäin vaativiin olosuhteisiin.

• Ei lineaarinen lämpötila-resistanssi -suhde: Vaikka PT100-anturit ovat lineaarisempia kuin monet muut lämpötila-anturityypit, niiden lämpötila-resistanssi -suhde ei ole täysin lineaarinen, mikä voi aiheuttaa pientä epätarkkuutta mittaustuloksissa.

Yhteenveto

PT100-anturit ovat erittäin tarkkoja ja toistettavia lämpötila-antureita, jotka toimivat laajalla lämpötila-alueella. Niitä käytetään monissa eri sovelluksissa ja teollisuudenaloilla, joissa tarvitaan tarkkaa lämpötilan mittausta. 

Kuitenkin niiden hinta ja herkkyys mekaaniselle rasitukselle saattavat rajoittaa niiden käyttöä joissakin sovelluksissa.

PT100-antureiden valinta ja käyttö

Kun valitset ja käytät PT100-anturia, on tärkeää ottaa huomioon seuraavat seikat:

Tarkkuusluokka

Valitse anturi, jolla on sopiva tarkkuusluokka sovelluksesi vaatimuksiin nähden. IEC 60751 ja ASTM E1137 -standardit määrittelevät eri tarkkuusluokkia, joten tarkista anturin tekniset tiedot ennen käyttöönottoa.

Johdotusmenetelmä

Valitse sopiva johdotusmenetelmä (2-, 3- tai 4-johtimen menetelmä) ottaen huomioon tarkkuusvaatimukset ja mahdolliset johtimien ja liitosten resistanssin vaikutukset mittauksiin.

Sovelluksen ympäristö

Ota huomioon sovelluksen ympäristö, kuten lämpötila-alue, mekaaninen rasitus ja kemialliset olosuhteet, joihin anturi altistuu. Valitse anturin rakenne ja materiaalit näiden tekijöiden perusteella.

Lämpötilan muutosnopeus

PT100-anturit reagoivat lämpötilan muutoksiin suhteellisen nopeasti, mutta niiden vasteaika riippuu anturin rakenteesta ja sovelluksesta. Valitse anturin rakenne ja kokoonpano sen mukaan, kuinka nopeasti lämpötilan muutoksiin on reagoitava.

Anturin kalibrointi

PT100-anturit saattavat vaatia kalibrointia ajoittain, jotta niiden tarkkuus säilyy. Varmista, että seuraat valmistajan suosituksia ja tarvittaessa kalibroi anturi ennen käyttöönottoa tai käytön aikana.

Mittauslaitteisto

PT100-anturit vaativat erityisen mittauslaitteiston, joka pystyy mittaamaan resistanssin tarkasti ja muuntamaan sen lämpötilaksi. Varmista, että käytössäsi on sopiva mittauslaite, joka on yhteensopiva valitsemasi PT100-anturin kanssa.

PT100-antureiden tarkka ja luotettava toiminta tekee niistä erinomaisen valinnan moniin eri lämpötilanmittaussovelluksiin. Huomioimalla edellä mainitut seikat anturin valinnassa ja käytössä varmistat, että saat parhaan mahdollisen suorituskyvyn ja tarkkuuden PT100-anturiltasi.