سنسور PT100 چیست؟

سنسور PT100 یا همان ترموکوپل PT100  یکی از انواع سنسور دما صنعتی RTD می باشد. همانطور که می دانید سنسور PT100 ( پی تی صد ) رایج ترین نوع از سنسور های RTD ( آر تی دی ) می باشد. در این نوشتار این سنسور دما صنعتی را از زوایای مختلف بررسی می کنیم.

در واقع می توان گفت یکی از اصلی ترین مشخصات این دستگاه های سنجش حرارت ، هسته مرکزی یا همان سنسور داخلی آن می باشد. همانطور که می دانید انواع سنسور دما صنعتی RTD ( آر تی دی ) از انواع متریال به جهت کاربرد های گوناگون ساخته می شوند. تفاوت این مشخصات عملکردی و ساختاری بطور مستقیم بر روی ساخت ، تست ، قیمت ، خرید و فروش انواع سنسور RTD ( آر تی دی ) تاثیر مستقیم می گذارد.

از نظر ساختاری مشخصات سنسور های داخلی PT100 عبارتند از:

-سنسور مغزی فیلمی با متریال های گوناگون از قبیل مس ، نیکل و پلاتین .

-سنسورهای سرامیکی .

-سنسور های شیشه ای .

هر کدام از سنسور های دما صنعتی ذکر شده در بالا با توجه به روش ساخت دارای چندین زیر مجموعه دمایی می باشند. سنسور های PT100 جومو ( JUMO ) آلمان موجود در ایران در محدوده اندازه گیری منفی ، بیشتر در نقطه ۵۰- درجه سانتیگراد در ایران موجود می باشند. البته انواع ۷۰- و ۲۰۰- درجه سانتیگراد نیز مورد استفاده برای کارهای خاص در دسترس می باشند. در محدوده اندازه گیری دمای بیش از ۰ درجه سانتیگراد یا همان قسمت مثبت جدول دما قدرت انتخاب بیشتری وجود دارد. که ۱۵۰+ ، ۲۰۰+ ، ۴۰۰+ ، ۵۵۰+ ، ۶۰۰+ و ۸۰۰ درجه سانتیگراد از مهم ترین آن ها می باشند.

 

انواع PT100

PT100 ها به صورت دو,سه ویا چهار سیمه ساخته می شوند,در ادامه به نحوه اتصال و خصوصیات هر کدام می پردازیم.

PT100 دو سیمه : 

برای اندازه گیری دما توسط PT100 می توان از پل های مقاومتی استفاده کرد .شکل زیر نمونه ای از یک پل مقاومتی به همراه اتصال یک PT100 دو سیمه را نشان می دهد: 

در اتصال دو سیمه زمانی ولتاژ E برابر با صفر  است که پل در حالت تعادل باشد .برای حالت تعادل پل رابطه زیر باید برقرار باشد .

مزیت استفاده از PT100دو سیمه صرفه جویی در مصرف سیم های ارتباطی می باشد ; اما با توجه به اینکه معمولا بین محل نصب PT100 و تجهیزات مانیتورینگ این سنسور فاصله زیادی می باشد .در موقع استفاده از PT100 دو سیمه مقاومت سیم های ارتباطی (RL1وRL2) با مقدار اندازه گیری شده جمع شده که سبب بالا رفتن خطا در اندازه گیری می شود .

PT100 سه سیمه :

عیب اتصال PT100 دو سیمه خطای بالا در اثر مقاومت سیم های رابط می باشد که می توان با استفاده از اتصال سه سیمه ی PT100 تا حد زیادی اثر مقاومت سیم های رابط را در مقدار اندازه گیری خنثی کرد ; در واقع اتصال مقاومت Rwair1  توسط Rwair3 جبران می شود. لازم به ذکر است که PT100 سه سیمه بیشترین کاربرد را در صنایع دارد.

 

 

در اتصال سه سیمه زمانی ولتاژ E برابر با صفر است که پل در حالت تعادل باشد ;برای حالت تعادل پل رابطه زیر باید برقرار باشد.

PT100چهار سیمه:

اتصال چهار سیمه بالاترین دقت رادر اندازه گیری ارائه می دهد ,اما در این روش نیاز به منبع جریان ثابت می باشد و همچنین هزینه سیم های رابط در این اتصال بالاتر از دو اتصال قبل می باشد ;شکل مقابل این اتصال را نشان می دهد.

نکته:

در اتصال PT100 های سه و چهار سیمه باید به این نکته توجه داشت که سیم های رابط می بایست از یک نوع باشند ,در غیر این صورت اگر مقاومت سیم ها با هم متفاوت باشند در مقدار اندازه گیری خطا ایجاد می شود.

بیشترین سنسوری که برای اندازه گیری دما در صنایع مختلف استفاده می شود PT100 می باشد ,علت این امر مزایای زیاد آن می باشد ,که به چند مورد آن اشاره شده است : 

-عملکرد خطی در کل رنج اندازه گیری 

-دقت و حساسیت اندازه گیری زیاد(بالاتر از ترموکوپل)

-امکان استفاده از سیم های رابط معمولی

-رنج اندازه گیری نسبتا خوب (  200 سانتی گراد – ۸۵۰ سانتی گراد)

 -پایداری خوب در دماهای بالا

 -سرعت پاسخ بالا به تغییرات دما(بسیار بالا تر از ترموکوپل)

برخلاف ترموکوپل تشعشعات رادیو اکتیو (بتا و گاما) بر روی مقدار اندازه گیری تأثیر ندارد.

PT100 ها علی رقم داشتن مزایای زیاد دارای معایب زیر می باشند :

 خطای خود گرمایی در اثر عبور جریان 

برای دماهای بالاتر از ۸۵۰سانتی گراد قابل استفاده نیست 

قیمت نسبتا بالا (بالاتر از ترموکوپل)

قطع شدن یکی از سیم هامانند یک دمای بسیار بالا دیده می شود

 

چه تفاوت ها و شباهت هایی بین انواع ترموکوپل و سنسورهای pt100 وجود دارند؟

یکی از این تفاوت ها، تفاوت در اندازه گیری های انجام شده توسط این دو نوع می باشد. بدین معنی که ترموکوپل ها برای اندازه گیری دما از منفی 200 درجه تا دمایی فراتر از 1600 درجه مورد استفاده قرار می گیرند، اما با استفاده از سنسورهای pt100 تنها می توان گستره دمایی از 200 درجه تا 600 درجه را اندازه گیری کرد.

مورد دیگری که به عنوان تفاوت های این دو بسیار بارز می باشند، میزان خروجی آن ها می باشد. خروجی که می توانیم برای ترموکوپل ها در نظر بگیریم به صورت ولتاژی است که مقدار آن را به وسیله میکرو ولت و میلی ولت می سنجند. در حالی که خروجی سنسورهای pt100 مقاومتی است و دارای عملکرد بهتری نسبت به انواع نویز نسبت به ترموکوپل می باشند.

دقت اندازه گیری یکی از ویژگی هایی است که در هر دو تاثیر زیادی بر قیمت آن ها خواهد گذاشت. بدین معنی که هر چه ترموکوپل و یا سنسور pt100 که انتخاب می کنیم دارای دقت بالاتری در اندازه گیری دما باشند، میزان خطایی که ممکن است توسط آن ها رخ دهد کم تر می باشد در نتیجه قیمت آن ها نیز گران تر خواهد بود. هم چنین میزان خطایی که موقع اندازه گیری دما توسط ترموکوپل وجود دارد مقدار متفاوت تری نسبت به اندازه گیری دما توسط سنسورهای pt100 است.

 در سنسورهای pt100 شاهد پدیده ای به نام خود گرمایی هستیم. این پدیده بیشتر در سنسورهای مقاومتی در نتیجه اتصال به کارت ها و کنترلر ها رخ می دهد. در این حالت گرمایی که در برابر عبور جریان ایجاد می شود بر دمای اندازه گیری شده توسط سنسور تاثیر گذاشته و باعث ایجاد خطا در آن می شود. این پدیده ای است که در ترموکوپل ها ایجاد نمی شود و فقط در سنسورهای pt100 وجود دارد.

 شباهتی که میان این دو وسیله وجود دارد این است که هردو را می توان برروی ترموستات های دیجیتالی یا نوعی کارت های دمایی مخصوص نصب کرد.

از جمله تفاوت های دیگری که می توان به آن اشاره کرد این است که ترموکوپل ها دوسیمه می باشند در حالی که سنسورهای pt100 را می توان در انواع مدل دو، سه و چهارسیمه تهیه کرد.

 هم چنین می توان ترموکوپل ها را نویزپذیر تر از سنسورهای pt100 در نظر گرفت.

 ترموکوپل را می توان در انواع گوناگونی تهیه کرد که اسم هرکدام از آن ها با حروف انگلیسی مشخص می شود.

 هرکدام از مدل های ترموکوپل را می توان برای گستره وسیعی و یا محدودی از دماها بسته به کاری که می خواهیم از آن ها استفاده کنیم، مورد استفاده قرار می گیرند.

 هر دوی این سنسورها خروجی متناسب با دما دارند.

هردو مدل برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می گیرند.

 هردوی آن ها نیز از پلاتین ساخته شده اند.