نگاهی تخصصی به pt100

• از منظر واژه شناسی، به طور کلی از هر دو کلمه “سنسور” و “کاوشگر” (probe) استفاده می شود ، من در این مقاله عمدتا از “سنسور” استفاده می کنم.
• همچنین ، افراد هم “Pt100” و هم “Pt-100” را می نویسند ، که من عمدتا از قالب Pt100 استفاده می کنم.

سنسورهای RTD

   از آنجا که Pt100 یک سنسور RTD است ، ابتدا بررسی می کنیم که سنسور RTD چیست. RTD مخفف “Resistance Temperature Detector” می باشد. [آشکارساز مقاومت حرارتی]. این یک سنسور حرارتی است که در آن مقاومت به دما بستگی دارد؛ با تغییر دما مقاومت سنسور تغییر می کند. بنابراین ، با اندازه گیری مقاومت سنسور ، می توان از سنسور RTD برای اندازه گیری دما استفاده کرد.

   سنسورهای RTD معمولاً از پلاتین ، مس ، آلیاژهای نیکل و یا اکسیدهای مختلف فلزی ساخته می شوند.

سنسورهای PRT

   پلاتین متداول ترین ماده برای ساخت سنسورهای RTD است. پلاتین دارای یک رابطه قابل اعتماد ، قابل تکرار و خطی برای مقاومت در برابر دما می باشد. سنسورهای RTDی ساخته شده از پلاتین PRM یا “دماسنج مقاومت پلاتینی” نامیده می شوند. رایج ترین سنسور PRT پلاتینی که در صنایع فرآیندی استفاده می شود، سنسور Pt100 است. عدد “۱۰۰” در نام آن نشان می دهد که دارای مقاومت ۱۰۰ اهم در دمای ۰ درجه سانتی گراد (۳۲ درجه فارنهایت) می باشد. جزئیات بیشتر در مورد آن بعدا گفته خواهد شد.

PRT در مقابل ترموکوپل

   در پست قبلی وبلاگ ، ما در مورد ترموکوپل بحث کردیم. از ترموکوپل ها به عنوان سنسور دما در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیز استفاده می شود. بنابراین ، تفاوت بین ترموکوپل و سنسور PRT چیست؟ در اینجا یک مقایسه کوتاه بین ترموکوپل ها و سنسورهای PRT وجود دارد:

ترموکوپل ها:

1. ·         می تواند برای اندازه گیری دماهای بسیار بالاتر استفاده شود.
2. ·         بسیار قوی هستند.
3. ·         ارزان هستند.
4. ·         خودشان پاور می شوند و نیاز به تحریک خارجی ندارند.
5. ·         خیلی دقیق نیستند.
6. ·         به جبران اتصال سرد نیاز دارد.
7. ·         سیمهای الحاقی باید از مواد قابل استفاده برای آن نوع ترموکوپل باشند و باید به همگنی دما در تمام اتصالات مدار اندازه گیری توجه شود.
8. ·         ناهمگنی در سیم ها ممکن است باعث خطاهای غیرمنتظره شود.

PRT ها:

1. ·         دقیق تر ، خطی تر و پایدارتر از ترموکوپل ها هستند.
2. ·         مانند ترموکوپل، به جبران اتصال سرد نیاز ندارد.
3. ·         سیم های کششی می توانند سیم مسی باشند.
4. ·         گرانتر از ترموکوپل هستند.
5. ·         به یک جریان تحریک شناخته شده و مناسب برای نوع سنسور نیاز دارید.
6. ·         شکننده تر هستند.

   به زودی ، می توانید بگویید که ترموکوپل ها برای کاربردهای دما بالا و PRTها برای کاربردهایی که به دقت بیشتری نیاز دارند ، مناسب ترند.

اندازه گیری سنسور RTD / PRT

   از آنجا که مقاومت سنسور RTD در هنگام تغییر دما تغییر می کند ، کاملاً واضح است که برای اندازه گیری سنسور RTD شما باید مقاومت را اندازه بگیرید. می توانید مقاومت را بر حسب اهم اندازه بگیرید و سپس آن را به صورت دستی به یک مقیاس دمایی با توجه به جدول تبدیل (یا فرمول) برای RTDی مورد استفاده انتقال دهید. امروزه ، معمولاً از یک دستگاه اندازه گیری دما یا کالیبراتور استفاده می شود که مقاومت اندازه گیری شده را به طور خودکار به خوانش دمایی تبدیل می کند، با این شرط که نوع RTDی صحیحی در دستگاه انتخاب شود (با فرض اینکه دستگاه از نوع RTDی استفاده شده، پشتیبانی می کند). مسلماً اگر نوع اشتباهی از سنسور RTD در دستگاه انتخاب شود ، منجر به نتایج نادرست اندازه گیری دما می شود.

   روش های مختلفی برای اندازه گیری مقاومت وجود دارد. می توانید از اتصال سیم ۲ ، ۳ یا ۴ استفاده کنید. اتصال ۲ سیم فقط برای اندازه گیری دقت بسیار کم (عمدتا عیب یابی) مناسب است زیرا هرگونه مقاومتی در سیم یا اتصال با خطا در اندازه گیری همراه است. برای اندازه گیری طبیعی فرآیند باید از اندازه گیری ۳ یا ۴ سیمی استفاده شود.

   به عنوان مثال ، استاندارد IEC 60751 مشخص می کند که هر سنسور بهتر از کلاس دقت B باید با سنجه ی ۳ یا ۴ سیمی اندازه گیری شود. اطلاعات بیشتر در مورد کلاسهای دقت در ادامه این مقاله ارائه می شود.

   فقط به یاد داشته باشید که از اندازه گیری ۳ یا ۴ سیمی استفاده کنید و کار را خوب انجام دهید.

   مطمئناً برای برخی از ترمیستورهای با امپدانس بالا ، سنسورهای Pt1000 یا سایر سنسورهای با امپدانس بالا ، خطای اضافی ناشی از اندازه گیری ۲ سیمی ممکن است خیلی قابل توجه نباشد.

جریان اندازه گیری

   همانطور که در پست وبلاگ پیوند داده شده با جزئیات بیشتر توضیح داده شده است ، هنگامی که یک دستگاه در حال اندازه گیری مقاومت است ، جریان دقیق و کوچکی را از طریق مقاومت ارسال می کند و سپس افت ولتاژ ایجاد شده روی آن را اندازه گیری می کند. سپس ، می توان مقاومت را با تقسیم افت ولتاژ بر جریان مطابق قانون اهم     (R = U / I) محاسبه کرد.

خود گرم شدن

   وقتی جریان اندازه گیری از سنسور RTD عبور می کند ، باعث می شود تا سنسور RTD کمی گرم شود. این پدیده را خود گرم شدن می نامنند. هرچه جریان اندازه گیری بیشتر و مدت زمان بیشتری روشن باشد ، حسگر بیشتر گرم می شود. همچنین ، ساختار سنسور و مقاومت حرارتی آن در برابر محیط اطراف تأثیر زیادی در خود گرم شدن دارد. کاملاً واضح است که این نوع خود گرم شدن در یک سنسور دما باعث ایجاد یک خطای اندازه گیری کوچک می شود.

   جریان اندازه گیری معمولاً هنگام اندازه گیری سنسور Pt100 حداکثر ۱ میلی آمپر است ، اما می تواند تا ۱۰۰ میکرو آمپر و یا حتی کمتر باشد. طبق استانداردها (مانند IEC 60751) ، خود گرمایش نباید بیش از ۲۵٪ از مشخصات تحمل سنسور باشد.

ساختارهای مکانیکی مختلف سنسورهای PRT

   سنسورهای PRT عموماً ابزارهای بسیار ظریفی هستند و متأسفانه دقت، تقریباً بدون استثنا با قدرت مکانیکی تناسب معکوس دارد. برای داشتن دماسنج دقیق ، سیم پلاتین داخل المان باید بتواند تا آنجا که ممکن است با درجه حرارت، آزادتر منقبض و منبسط شود تا از فشار و تغییر شکل آن جلوگیری شود. اشکال این است که این نوع سنسورها در برابر ضربات مکانیکی و لرزش بسیار حساس هستند.

دماسنج استاندارد مقاومت پلاتینی (SPRT)

   سنسورهای دقیق تر مقاومت پلاتین استاندارد (SPRT) ابزاری برای تحقق مقیاس دمایی ITS-90 بین نقاط ثابت هستند. آنها از پلاتین بسیار خالص (α = ۳،۹۲۶ x 10-3 ° C-1) ساخته شده اند و از سیم پشتیبانی شده است تا سیم را تا حد ممکن بدون کشش نگه دارد. “راهنمای تحقق ITS-90” منتشر شده توسط BIPM (دفتر بین المللی اوزان و اندازه گیری) معیارهایی را که سنسور SPRT باید برآورده کند ، تعریف می کند. سنسورهای دیگر SPRT نیستند و نباید SPRT نامگذاری شوند. حسگرهای شیشه ای ، کوارتز و غلاف فلزی برای کاربردهای مختلف وجود دارد. SPRT نسبت به هر نوع تندی مانند ضربه و لرزش های حداقلی، بسیار حساس است ، که استفاده از آنها را محدود به  آزمایشگاه ها و در بالاترین دقت اندازه گیری می کند.

PRTی تا حدی پشتیبانی شده

   PRTی تا حدی پشتیبانی شده سازشی بین عملکرد دماسنج و مقاومت مکانیکی است. به دقیق ترین آنها اغلب سنسورهای استاندارد ثانویه (Secondary Standard) یا مرجع ثانویه Secondary Reference)) گفته می شود. این سنسورها ممکن است برخی ساختارها را از SPORTها برگزینند و گرید سیم ممکن است یکسان یا بسیار نزدیک باشد. آنها به دلیل استفاده از پشتیبان برای سیم ها، شکننده تر از SPRTها نیستند. اگر با دقت کار شود ، حتی برای کاربردهای میدانی با پایداری عالی و پسماند مغناطیسی پایین نیز قابل استفاده است.

دماسنجهای مقاومت پلاتینی صنعتی ، IPRT ها

   هنگامی که پشتیبانی سیم افزایش می یابد ، مقاومت مکانیکی زیاد می شود، اما فشار مربوط به رانش و مسائل مربوط به پسماند نیز افزایش می یابد. به این سنسورها دماسنجهای مقاومت پلاتینی صنعتی ، IPRT گفته می شود. IPRT های کاملاً پشتیبانی شده حتی از سیم پشتیبانی بیشتری برخوردار بوده و از نظر مکانیکی بسیار مقاوم هستند. سیم کاملاً در سرامیک یا شیشه کپسول شده است ، در نتیجه در مقابل لرزش و ضربات مکانیکی خیلی حساس نیست. اشکال این است که ثبات طولانی مدت بسیار ضعیف  و پسماند بزرگ تراست زیرا پلاتین حسگر به زیرلایه ای متصل است که دارای ویژگی های مختلف انبساط حرارتی است.

فیلم PRT 

   فیلم PRT در سالهای اخیر بسیار پیشرفت کرده و اکنون موارد بهتری نیز در دسترس هستند. آنها به اشکال مختلف برای کاربردهای مختلف ارائه می شوند. فویل پلاتین بر روی بستر انتخاب شده پاشیده می شود، مقاومت المان اغلب توسط لیزربه مقدار مقاومت مطلوب  اصلاح می شود و در نهایت برای محافظت کپسول می شود. بر خلاف عناصر سیم ، عناصر فیلم نازک، برای اتوماسیون فرآیند تولید بسیار مساعدترند که باعث می شود آنها اغلب ارزان تر از عناصر سیم باشند. مزایا و معایب آن معمولاً همانند عناصر سیم کاملاً پشتیبانی شده است با این تفاوت که عناصر فیلم غالباً دارای ثبات زمانی بسیار کمی هستند ، بدین معنی که در برابر تغییرات دما واکنش بسیار سریعی نشان می دهند. همانطور که قبلا ذکر شد ، برخی از تولیدکنندگان تکنیک هایی را توسعه داده اند که عملکرد و مقاومت را بهتر ترکیب می کند.

دیگر حسگرهای RTD

سایر حسگرهای پلاتینی

  اگرچه Pt100 متداول ترین سنسور پلاتینی RTD / PRT است ، اما چندین مورد دیگر مانند Pt25 ، Pt50 ، Pt200 ، Pt500 و Pt1000 نیز وجود دارد. حدس تفاوت اصلی این سنسورها بسیار آسان است ، یعنی مقاومت در دمای ۰ درجه سانتیگراد ، که در نام سنسور ذکر شده است. به عنوان مثال ، یک سنسور Pt1000 دارای مقاومت ۱۰۰۰ اهم در ۰ درجه سانتیگراد است. همچنین دانستن ضریب دما از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا بر روی مقاومت در سایر دماها تأثیر می گذارد. اگر آن Pt1000 (385) باشد ، به این معنی است که ضریب دمایی آن ۰٫۰۰۳۸۵ درجه سانتی گراد است.

دیگر حسگرهای RTD

   اگرچه سنسورهای پلاتینی متداول ترین سنسورهای RTD هستند ، سنسورهایی از مواد دیگر از جمله سنسورهای نیکل ، آهن نیکل و مس نیز ساخته شده اند. سنسورهای متداول نیکل شامل Ni100 و Ni120 ، سنسور آهن نیکل Ni-Fe 604 اهم و حسگر مس Cu10 می باشد. این مواد هر کدام در کاربردهای خاص مزایای خود را دارند. از معایب رایج آنها، دامنه ی دمایی  نسبتاً کم و حساسیت به خوردگی بالاتر در مقایسه با فلز نجیب پلاتین است.

   سنسورهای RTD همچنین می توانند با مواد دیگری مانند طلا ، نقره ، تنگستن ، رودیم- آهن یا ژرمانیوم ساخته شوند. در بعضی از کاربردها سرآمدتر هستند اما در عملیات عادی صنعتی بسیار نادر هستند.

   از آنجا که مقاومت یک سنسور RTD به دما بستگی دارد ، ما همچنین می توانیم تمام سنسورهای PTC (ضریب دمای مثبت) و NTC (ضریب دمای منفی) عمومی را در این گروه قرار دهیم. نمونه این گروه ترمیستورها و نیمه هادی ها هستند که برای اندازه گیری دما استفاده می شوند. انواع NTC مخصوصاً برای اندازه گیری دما معمول هستند.

سنسورهای Pt100

ضریب دمایی

     رایج ترین سنسور RTD در صنایع فرآیندی، سنسور Pt100 است که دارای مقاومت ۱۰۰ اهم در ۰ درجه سانتیگراد (۳۲ درجه فارنهایت) است.

   با همان نامگذاری منطقی ، یک سنسور Pt200 دارای مقاومت ۲۰۰ اهم و Pt1000 دارای ۱۰۰۰ اهم در ۰ درجه سانتیگراد (۳۲ درجه فارنهایت) است.

    مقاومت سنسور Pt100 (و سایر حسگرهای Pt) در دماهای بالاتر به ورژن سنسور Pt100 بستگی دارد ، زیرا چند نسخه مختلف از سنسور Pt100 وجود دارد که ضرایب دمایی کمی متفاوت دارند. در سطح جهان ، متداول ترین نسخه “۳۸۵” است. اگر ضریب ذکر نشده باشد ، به طور معمول ۳۸۵ است.

   ضریب دمایی (با نماد یونانی Alpha => α نشان داده شده) سنسور Pt100 به عنوان تفاوت مقاومت در ۱۰۰ درجه سانتیگراد و ۰ درجه سانتیگراد، تقسیم بر مقاومت در ۰ درجه سانتیگراد، ضرب در ۱۰۰ درجه سانتیگراد، نشان داده شده است.

   فرمول بسیار ساده است ، اما هنگام نوشتن کمی پیچیده به نظر می رسد ، بنابراین بیایید به عنوان یک فرمول به آن نگاه کنیم:

جایی که:

α = ضریب دمایی

R100 = مقاومت در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد

R0 = مقاومت در دمای ۰ درجه سانتیگراد

   بیایید نگاهی به یک مثال بیندازیم تا مطمئن شویم که این واضح است:

Pt100 دارای مقاومت ۱۰۰٫۰۰ اهم در ۰ درجه سانتیگراد و مقاومت ۱۳۸٫۵۱ اهم در ۱۰۰ درجه سانتیگراد است. ضریب دما را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

ما به نتیجه ۰٫۰۰۳۸۵۱ /°C می رسیم.

یا همانطور که غالباً نوشته شده است: ۳٫۸۵۱ x 10-3 °C-1

غالباً این مورد به عنوان سنسور Pt100  نوع “”۳۸۵ معرفی و گرد می شود.

این همچنین ضریب دمایی مشخص شده در استاندارد IEC 60751: 2008 است.

   ضریب دمایی عنصر حسگر بیشتر به خلوص پلاتین مورد استفاده برای ساخت سیم بستگی دارد. هرچه پلاتین خالص تر باشد ، مقدار آلفا بالاتر است. امروزه تهیه مواد پلاتینی بسیار خالص مشکلی ندارد. برای تولید سنسورهای برآورده کننده ی منحنی دما / مقاومت IEC 60751 ، پلاتین خالص باید با ناخالصی های مناسب دوپ شود تا مقدار آلفا به ۳٫۸۵۱ x 10-3 °C-1 کاهش یابد.  

   مقدار آلفا نسبت به زمانهایی که از نقطه ذوب (صفر درجه سانتیگراد) و نقطه جوش (۱۰۰ درجه سانتیگراد) آب به عنوان نقاط دمای مرجع استفاده شده است ، تنزل می کند ، اما هنوز هم برای تعیین درجه سیم پلاتین استفاده می شود. از آنجا که نقطه جوش آب فرازیاب بهتری نسبت به یک نقطه دمایی مرجع است ، روش دیگر برای تعریف خلوص سیم ، نسبت مقاومت در نقطه گالیوم (۲۹٫۷۶۴۶ درجه سانتیگراد) است که یک نقطه ثابت تعریف شده در مقیاس دمایی ITS-90 است . این نسبت مقاومت با یک حرف کوچک یونانی (ρ (rho توصیف می شود.

مقدار ρی معمول برای سنسور “۳۸۵” برابر با ۱٫۱۱۵۸۱۷ و برای SPRT برابر ۱٫۱۱۸۱۴ است. در عمل ، آلفای خوب سابق در بسیاری از موارد راحت ترین است ، اما ممکن است rho نیز اعلام شود.

رابطه مقاومت در برابر دما برای Pt100 (385)

   در نمودار زیر می توانید ببینید که مقاومت سنسور Pt100 (385) به دما بستگی دارد:

با مشاهده این موارد ، می بینید که رابطه مقاومت و دمای یک سنسور Pt100 کاملاً خطی نیست ، و رابطه تا حدودی “منحنی” است.

   جدول زیر دمای Pt100 (385) در مقابل مقادیر عددی مقاومت را در چند نقطه نشان می دهد:

سایر سنسورهای Pt100 با ضرایب دمایی متفاوت

   بیشتر سنسورها استاندارد شده اند ، اما استانداردهای مختلفی در سراسر جهان وجود دارد. این مورد در مورد حسگرهای Pt100 نیز وجود دارد. با گذشت زمان ، چند استاندارد مختلف مشخص شده است. در بیشتر موارد ، فقط یک اختلاف نسبتاً کوچک در ضریب دمایی وجود دارد.

   به عنوان یک مثال عملی ، استانداردهایی که در کالیبراتورهای دمای Beamex پیاده سازی شده اند از استانداردهای زیر است:

   IEC 60751
DIN 43760
ASTM E 1137
JIS C1604-1989 alpha 3916, JIS C 1604-1997
SAMA RC21-4-1966
GOCT 6651-84, GOST 6651-94
Minco Table 16-9
Edison curve #7
اطمینان حاصل کنید که دستگاه اندازه گیری شما از حسگر Pt100 شما پشتیبانی می کند.

   نکته مثبت در مورد پروب های استاندارد Pt100 این است که هر سنسور باید مشخصات آن را برآورده کند و شما فقط می توانید آن را به دستگاه اندازه گیری خود (یا کالیبراتور) متصل کنید و دما را به همان دقتی که مشخصات تعریف می کند اندازه گیری می کند(سنسور + دستگاه اندازه گیری) . همچنین ، سنسورهای موجود در فرآیند باید بدون کالیبراسیون قابل تعویض باشند ، حداقل برای اندازه گیری های کمتر ضروری. با این وجود ، هنوز هم یک روش خوب این است که قبل از استفاده، سنسور را در دماهایی مشخص بررسی کنید.

   به هر حال ، از آنجا که استانداردهای مختلف دارای مشخصاتی کمی متفاوت برای سنسور Pt100 هستند ، این مهم است که دستگاهی که برای اندازه گیری سنسور Pt100ی خود استفاده می کنید از سنسور صحیح (ضریب دمایی) پشتیبانی کند. به عنوان مثال ، اگر دستگاه اندازه گیری شما فقط از Alpha 385 پشتیبانی می کند و شما از حسگری با Alpha 391 استفاده می کنید ، خطایی در اندازه گیری وجود دارد. آیا این خطا قابل توجه است؟ در این حالت (۳۸۵ در مقابل ۳۹۱) ، خطا تقریباً ۱٫۵ درجه سانتی گراد در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد خواهد بود. بنابراین ، من فکر می کنم قابل توجه است. البته هرچه اختلاف بین ضرایب دما کمتر باشد ، خطای آن نیز کوچکتر خواهد بود.

   بنابراین ، اطمینان حاصل کنید که دستگاه اندازه گیری RTD شما از کاوشگر Pt100 که استفاده می کنید پشتیبانی می کند. اغلب اگر Pt100 هیچ نشانه ای از ضریب دمایی نداشته باشد ، این یک سنسور ۳۸۵ است.

   به عنوان یک مثال عملی ، کالیبراتور و ارتباط دهنده Beamex MC6 از سنسورهای Pt100 زیر (ضریب دما در پرانتز) بر اساس استانداردهای مختلف پشتیبانی می کند:

Pt100 (375)
Pt100 (385)
Pt100 (389)
Pt100 (391)
Pt100 (3926)
Pt100 (3923)

کلاس های دقت (تولرانس) Pt100

   سنسورهای Pt100 در کلاس های مختلفی از نظر دقت در دسترس هستند. متداولترین کلاسهای صحت عبارتند از AA ، A ، B و C که در استاندارد IEC 60751 تعریف شده اند. استانداردها گونه ای از سنسور Pt100 ایده آل را برای هدف قرار دادن تولیدکنندگان تعریف می کنند. اگر ساخت سنسور ایده آل امکان پذیر بود ، کلاس های تولرانس بی ربط خواهند بود.

   از آنجا که سنسورهای Pt100 برای جبران خطاها قابل تنظیم نیستند ، باید سنسوری را با دقت مناسب برای کاربرد خود خریداری کنید. خطاهای سنسور را می توان در برخی از دستگاه های اندازه گیری با ضرایب خاص اصلاح کرد ، اما بعداً در مورد این موارد بیشتر صحبت خواهد شد.

همچنین کلاسهایی با نام های ۱/۳ DIN و ۱/۱۰ DIN Pt100 در زبان گفتاری وجود دارد. آنها برای مثال DIN 43760: 1980-10 کلاسهای استانداردی بودند که در سال ۱۹۸۷ کنار گذاشته شدند، اما در استاندارد بعدی IEC 60751 یا پسر عموی زبان آلمانی آن DIN EN 60751 تعریف نشده است. تولرانس این سنسورها براساس دقت سنسور کلاس B است ، اما قسمت ثابت خطا (۰٫۳ درجه سانتیگراد) بر یک عدد معین (۳ یا ۱۰) تقسیم می شود. با این حال ، هنگام صحبت کردن در مورد Pt100 ، این اصطلاحات یک عبارت تعیین شده و ثابتی هستند و ما نیز در اینجا به راحتی از آنها استفاده خواهیم کرد. کلاس های دقت این سنسورها به شرح زیر است:

و البته ، یک تولید کننده سنسور می تواند سنسورها را با کلاس های دقت سفارشی خاص خود تولید کند. IEC 60751 بخش استاندارد ۵٫۱٫۴ نحوه بیان این کلاسهای تولرانس خاص را مشخص می کند.

   مقایسه فرمولها ممکن است دشوار باشد ، در جدول زیر کلاسهای دقت در دما (° C) محاسبه شده اند:

   یک نکته قابل توجه در اینجا این است که حتی اگر “۱/۱۰ DIN” با تحمل کم ۰٫۰۳ درجه سانتیگراد در ۰ درجه سانتیگراد جذاب به نظر برسد ، در واقع فقط در محدوده محدود -۴۰… + ۴۰ درجه سانتیگراد از کلاس A بهتر است.

   نمودار زیر تفاوت بین این کلاس های دقت را نشان می دهد:

 ضرایب :    از کلاس های صحت معمولاً در سنسورهای RTDی صنعتی استفاده می شود ، اما وقتی صحبت از دقیق ترین سنسورهای مرجع PRT می شود، (SPRT، ثانویه استاندارد …) ، آن کلاسهای صحت دیگر معتبر نیستند. این سنسورها ساخته شده اند تا به عنوان یک هدف ممکن یعنی دماسنج ساخته شوند ، و با هیچ منحنی استانداردی مطابقت نداشته باشند. آنها سنسورهای بسیار دقیق با پایداری طولانی مدت بسیار خوب و پسماند بسیار پایین هستند ، اما این سنسورها منحصر بفرد هستند ، بنابراین هر سنسور رابطه دما / مقاومت کمی متفاوت دارد. این سنسورها بدون استفاده از ضرایب جداگانه برای هر سنسور نباید استفاده شوند. برای SPRT حتی می توانید ضرایب CvD کلی پیدا کنید ، اما این عملکردی را که برای آن هزینه پرداخت کرده اید را خراب می کند. اگر فقط یک حسگر PRT ثانویه ۱۰۰ اهم مانند Beamex RPRT را به دستگاهی اندازه گیری کننده یک سنسور استاندارد Pt100 وصل کنید، ممکن است نتیجه ای بدست آورید که چند درجه یا شاید حتی ده درجه نادرست باشد. در برخی موارد ، این لزوما مهم نیست ، اما در موارد دیگر، ممکن است تفاوت بین یک دارو و یک سم باشد.

   بنابراین ، این سنسورها باید همیشه با ضرایب مناسب استفاده شوند.

   همانطور که قبلاً ذکر شد ، سنسورهای RTD نمی توانند برای اندازه گیری صحیح “تنظیم” شوند. بنابراین ، اصلاح باید در دستگاهی انجام شود (به عنوان مثال کالیبراتور دما) که برای اندازه گیری سنسور RTD استفاده می شود.

   برای کشف ضرایب ، ابتدا سنسور باید خیلی دقیق کالیبره شود. سپس ، از نتایج کالیبراسیون برای ضرایب معادله مورد نظر، می توان مشخصات رابطه مقاومت یا دمای سنسور را نمایش داد. استفاده از ضرایب، اندازه گیری های سنسور را اصلاح می کند و باعث می شود اندازه گیری آن بسیار دقیق باشد. چندین معادله و ضریب مختلف برای محاسبه مقاومت سنسور در برابر دما وجود دارد. اینها احتمالاً گسترده ترین هستند:

کالاندار-ون دوسن  

   • در اواخر قرن ۱۹ ، کالاندار یک معادله درجه دوم ساده را معرفی کرد که رفتار مقاومت / دما پلاتین را توصیف می کند. بعدا ، ون دوسن دریافت که یک ضریب اضافی زیر صفر مورد نیاز است. به عنوان معادله کالاندار-ون دوسن، CvD شناخته می شود. برای سنسورهای آلفا ۳۸۵ ، این تقریباً هم اندازه ITS-90 مناسب است ، مخصوصاً وقتی دامنه دما خیلی زیاد نباشد. اگر گواهی شما ضرایب R0 ، A ، B ، C را بیان کند ، ضرایبی برای معادله CVD در فرم استاندارد IEC 60751 هستند. ضریب C فقط در دمای زیر ۰ درجه سانتیگراد استفاده می شود ، بنابراین اگر سنسور زیر ۰ درجه سانتی گراد کالیبره نشده باشد ممکن است این ضریب وجود نداشته باشد. ضرایب ممکن است R0 ، α ، δ و β نیز باشند. آنها متناسب با فرم معادله CvD مورد استفاده در گذشته، سازگارمی شود. صرف نظر از اینکه آنها در اصل یک معادله هستند ، شکل و ضرایب نوشتاری آنها متفاوت است.

ITS-90

   • ITS-90 مقیاس دما است و نه استاندارد. معادله کالاندار-ون دوسن مبنای مقیاس های قبلی ۱۹۲۷ ، ۱۹۴۸ و ۱۹۶۸ بود ، اما ITS-90 علوم ریاضیاتی کاملاً متفاوتی را به ارمغان آورد. از توابع ITS-90 باید هنگام تحقق بخشیدن به مقیاس دما با استفاده از SRPT استفاده شود ، اما بسیاری از PRT های با آلفای پایین از آن نیز در مقایسه با CvD سود می برند ، به ویژه هنگامی که دامنه دما گسترده باشد (صدها درجه). اگر گواهی شما ضرایبی مانند RTPW یا R (0،۰۱) ، a4 ، b4 ، a7 ، b7 ، c7 را بیان کند ، آنها ضرایبی برای توابع انحراف ITS-90 هستند. سند ITS-90 علامت گذاری عددی برای ضرایب یا زیر مجموعه ها تعیین نمی کند. آنها در یادداشت فنی ۱۲۶۵ “رهنمودهای تحقق مقیاس بین المللی دمای سال ۱۹۹۰” NIST ارائه شده و به طور گسترده ای برای استفاده تصویب شده اند. تعداد ضرایب ممکن است متفاوت باشد و زیر مجموعه ها ۱… ۱۱ شماره گذاری شوند.

·         RTPW ، R(0,01 °C)یا R(273,16 K) مقاومت سنسور در نقطه سه گانه آب ۰/۰۱ درجه سانتیگراد است

·         a4 و b4 ضرایبی زیر صفر هستند ، همچنین ممکن است abz و bbz به معنای “زیر صفر” باشند ، یا فقط a و b

·         a7، b7، c7 ضرایب بالای صفر هستند ، همچنین ممکن است aaz ، baz و caz به معنی “بالای صفر” یا a ، b و c باشند.  

اشتاین هارت-هارت

• اگر سنسور شما یک ترمیستور باشد ، ممکن است ضریب هایی برای معادله اشتاین هارت-هارت در گواهی داشته باشید. ترمیستورها بسیار غیرخطی هستند و معادله لگاریتمی است. معادله اشتاین هارت-هارت به طور گسترده ای جایگزین معادله Beta قبلی شده است. معمولاً ضرایب A ، B و C هستند ، اما بسته به نوع معادله ممکن است ضریب D یا ضرایب دیگری نیز وجود داشته باشد. ضرایب معمولاً توسط تولیدکنندگان منتشر می شوند ، اما می توان آنها را نیز نصب کرد.

پیدا کردن ضرایب سنسور

 هنگامی که یک سنسور Pt100 برای کالیبراسیون و اتصالات به آزمایشگاه ارسال می شود ، نقاط کالیبراسیون باید به درستی انتخاب شوند. نقطه ۰ درجه سانتی گراد یا ۰٫۰۱ درجه سانتی گراد همیشه مورد نیاز است. این مقدار برای نصب مناسب است اما معمولاً از نقطه یخ زدن (۰ درجه سانتیگراد) یا نقطه سه گانه آب (۰٫۰۱ درجه سانتیگراد) نیز برای نظارت بر پایداری سنسور استفاده می شود و چندین بار در هنگام کالیبراسیون اندازه گیری می شود. حداقل تعداد نقاط کالیبراسیون همان تعداد ضرایبی است که باید نصب شود. به عنوان مثال ، برای برازش ضرایب ITS-90 ، a4 و b4 در زیر صفر ، حداقل دو نقطه کالیبراسیون منفی شناخته شده برای حل دو ضریب ناشناخته مورد نیاز است. اگر رفتار حسگر برای آزمایشگاه کاملاً شناخته شده باشد ، در این حالت دو نقطه کافی است. با این وجود ، اندازه گیری نقاط بیش از حد ضروری ، روش خوبی است ، زیرا راه دیگری وجود ندارد که گواهینامه بتواند رفتار سنسور را بین نقاط کالیبراسیون نشان دهد. به عنوان مثال ، اگر فقط دو یا سه نقطه کالیبراسیون بالای صفر داشته باشید ، اتصالات CvD برای دامنه وسیع ممکن است خیلی خوب به نظر برسد ، اما ممکن است بین نقاط کالیبراسیون یک خطای باقیمانده سیستماتیک چند صدم قسمت از یک درجه وجود داشته باشد . این همچنین توضیح می دهد که چرا شما ممکن است عدم قطعیت های مختلف کالیبراسیون را برای اتصالات CvD و ITS-90 برای سنسورهای یکسان و دقیقاً همان نقاط کالیبراسیون پیدا کنید. عدم قطعیت نقاط اندازه گیری شده تفاوتی ندارند ، اما خطاهای باقیمانده اتصالات مختلف معمولاً به عدم قطعیت کل افزوده می شود.

منابع

Pt100 temperature sensor – useful things to know