سنسور PT100 چیست و چه کاربردهایی دارد؟ از آنجا که سوالات بسیاری درباره سنسور پی تی 100 از ما می شود مانند اینکه سنسور PT100 چیست و چگونه عمل می کند و چه انواع یا مشخصاتی دارند، در این مقاله قصد داریم از 0 تا 100 درباره این تجهیزات که نوعی از سنسورهای اندازه گیری دما محسوب و زیر مجموعه RTD (آر تی دی) هستند، صحبت کنیم. پس با ما تا انتهای مقاله همراه باشید تا اطلاعات مفیدی را درباره PT100 به شما عزیزان ارائه دهیم.
سنسور PT100 (پی تی 100) چیست؟
Platinum 100 یا PT100 یا به اصطلاح فارسی پی تی 100، نوعی سنسور دمای مقاومتی است که با استفاده از عنصر پلاتینیوم با مقاومت 100 اهم در دمای 0 درجه سانتیگراد و معمولاً با بازه اساسی 38.5 اهم (تغییرات مقاومت در محدوده 0 تا 100 درجه سانتیگراد) طراحی و ساخته می شود. Pt100 ها برای طیف گسترده‌ای از مصارف اندازه‌گیری دما در محیط های صنعتی مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این تجهیزات حرفه ای سنجش دما، به عنوان سنسورهای PRT و RTD هم نیز شناخته می شوند. انواع مختلفی از دماسنج های Pt100 در طراحی ها و شکل های گوناگون در طیف گسترده ای وجود دارند که در بخش بعد به آن ها اشاره می کنیم.
اصطلاح PT100 نشان دهنده 2 مورد است: 1) بخش اول PT، نشان دهنده این است که این حسگر اندازه گیری دما از Platinum (پلاتین) ساخته شده است. بخش دوم که عدد 100 است، مربوط به میزان مقاومت سنسور در دمای 0 درجه سانتیگراد است. متریال دیگری نظیر نیکل (Ni)، مس (Cu) با مقدار مقاومت های مختلف مانند 50Ω، 500Ω و 1000Ω قابل استفاده هستند و بدین صورت می توان سنسورها را شناسایی کرد تظیر (PT1000، Cu100 و Ni120). رایج ترین و مرسوم ترین دماسنج ها، PT100 (پی تی 100) است که در بسیاری از صنایع بزرگ و کوچک به منظور اندازه گیری دقیق دما مورد استفاده قرار می گیرند.
اندازه‌گیری دقیق و قابل تکرار دما برای بسیاری از فرآیندها از جمله گرمایش و سرمایش، واکنش‌های شیمیایی، پاستوریزه کردن و بسیاری دیگر از جمله مواردی است که سنسورهای PT100، این کار را به خوبی و به طور صحیح انجام می دهند.
مطالعه بیشتر: درباره سنسور RTD بیشتر بدانیم
انواع سنسور PT100
سنسورهای PT100 انواع مختلفی دارند که در ادامه به بررسی چند مورد کلی از آن ها می پردازیم:
- سنسورهای با عایق معدنی (Mineral Insulation PT100 Sensor): محبوب ترین و پر استفاده ترین سنسورهایی که توسط شرکت مانیاد صنعت تولید و در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند، سنسورهای هد دار، سوکتی، سیمی و… هستند.
- سنسورهای Rigid Stem: این نوع از دماسنج ها برای محیط هایی که طول سنسور کوتاهتر از 50 میلی متر است و میزان محدود دما به 250 درجه سانتیگراد می رسد، بسیار مناسب است.
- سنسور PT100 دستی (Handheld PT100 Sensor): ما طیف گسترده ای از سنسورهای دسته دار (Handheld) مناسب برای مصارف مختلف از اهداف عمومی گرفته تا اندازه گیری دمای سطح و هوا را تولید و ارائه می کنیم.
- سنسورهای پی تی 100 برای اندازه گیری دمای سطوح (PT100 Sensor for Surface Measurements): این نوع از دماسنج های اندازه گیری دما، به منظور اندازه گیری دمای سطوح لوله، Pipe و دیگر مکان هایی که قرار است دمای سطحی اندازه گیری شود، مورد استفاده قرار می گیرند.
چرا از پلاتین (Platinum) استفاده می کنیم؟
اصل کار Pt100 همچنین به عنوان اصل کار RTD Pt100 شناخته می شود. اگرچه پلاتین یک فلز گرانبها است و بنابراین بسیار گران قیمت است، اما بیشترین خطی بودن و پایداری را نسبت به سایر مواد می دهد. همچنین این مزیت این است که در برابر خوردگی و حملات شیمیایی بسیار مقاوم است و در دماهای بالا بسیار پایدار است. علاوه بر استفاده در دماسنج های مقاومتی پلاتین، در برخی از ترموکوپل های با دمای بالا نیز استفاده می شود. جرم پلاتین مورد استفاده در ساخت عناصر حسگر بسیار کوچک است، بنابراین هزینه آن به طرز شگفت انگیزی کم است و تنها بخش کوچکی از هزینه کل پروب دمای نهایی را نشان می دهد.
خواص فیزیکی متریال پلاتین (Platinum)
بیایید نگاهی به خواص فیزیکی پلاتین بیندازیم:
1) عنصر پایه (Basic Element)
پلاتین یک عنصر پایه است که همانطور که در ابتدا گفتیم با نماد شیمیایی Pt نشان می دهند. پلاتین دارای وزن مولکولی 195 بوده که آن را به یک فلز نسبتاً سنگین با الکترون های آزاد تبدیل کرده است تا بدینوسیله رسانای خوبی برای الکتریسیته باشد، اگرچه به خوبی مس یا نقره نیست.
2) مد خطی (Linear Fashion)
متریال پلاتین، مقاومت الکتریکی از خود نشان می دهد که تقریباً به صورت خطی با دما، تغییر و در دمای صفر درجه سانتیگراد دقیقاً 100.00 اهم مقاومت دارد.
3) خاصیت بی اثر (Inert Property)
یکی دیگر از ویژگی های پلاتین که آن را برای اندازه گیری دما بسیار ارزشمند می کند این است که کاملاً بی اثر است. با سایر ترکیبات تا حد زیادی واکنش نمی دهد.
ضریب آلفا
پس مقاومت پلاتین با دما چقدر تغییر می کند؟ خلوص پلاتین مورد استفاده بر تغییرات مقاومت در هنگام تغییر دما تأثیر می گذارد. ما می دانیم که مقاومت سنسور PT100 در صفر درجه سانتیگراد 100 اهم است، بنابراین مقاومتی که در 100 درجه سانتیگراد انتظار داریم 138.5 اهم خواهد بود. فاکتور 385 از معادله ای می آید که مقاومت یک RTD را بر اساس ویژگی های فیزیکی آن تقریب می کند.
این معادله مقاومت RTD در دمای اندازه گیری شده را به مقاومت صفر درجه سانتیگراد مرتبط می کند. ضریب آلفا در این معادله میزان تغییر مقاومت با دما را توصیف می کند.
برای پی تی 100، ما قبلا گفتیم که اگر مقادیر مقاومت Pt100 را در صفر و در 100 درجه سانتیگراد جایگزین کنیم، متوجه می‌شویم که مقدار آلفا 0.00385 است. با دانستن میزان Alpha، می توانیم مقاومت تقریبی را که RTD در هر دمایی در محدوده خود نشان می دهد محاسبه کنیم.
دماسنج های Pt100، اغلب به عنوان Pt100 (385) شناخته می شوند. RTD های پلاتینی وجود دارند که مقادیر متفاوتی از آلفا را نشان و آن ها با مقادیر آلفای مربوطه خود مانند سنسور Pt100 (391) مشخص می گردند.
استانداردها و تلورانس های IEC 60751
به منظور رعایت استانداردهای IEC 60751، خود RTD درون یک غلاف محافظ (در صورت وجود) سیم های اتصال داخلی و اتصالات بیرونی است. تجهیزات نصب و کاپی (Connection Head) نیز می توانند شامل شوند. استاندارد IEC 60751، در واقع برای تجهیزات صنعتی، عمدتاً غلاف دار، در محدوده دمایی 20- درجه سانتیگراد تا 850 درجه سانتیگراد اِعمال و در دو کلاس A و B را ارائه می شود که حداکثر انحراف در درجه سانتیگراد را از شکل های جدول رابطه دمای اسمی تعریف می کنند. RTD های کلاس A می توانند انحراف 0.06 ± اهم (0.15± درجه سانتی گراد) را در دمای 0 درجه سانتی گراد نشان دهند، در حالی که سنسورهای کلاس B می توانند در 0 درجه سانتی گراد در محدوده 0.12± اهم (0.3± درجه سانتی گراد) باشند.
دماسنج های استاندارد از پلاتین ساخته شده اند و دارای ضریب 3.85×10-3/°C هستند. با دستگاه های 100 اهم، کلاس A فقط تا دمای 650 درجه سانتی گراد می تواند مورد استفاده قرار گیرد. همچنین طبقه بندی A برای دو دستگاه سیمی قابل اجرا نیست. واضح است که تجهیزاتی که مطابق با استاندارد تعریف شده هستند، قابل تعویض هستند.
استاندارد بین المللی IEC 60751، فقط نحوه ساخت سنسور را پوشش نمی دهد، بلکه موارد دیگری را هم شامل می شود. به عنوان مثال، RTD ها باید برای سیستم های اندازه گیری جریان DC و AC مناسب باشند. مقاومت عایق، زمان پاسخدهی، اثرات خودگرمایی، خطاهای غوطه وری، اثرات ترموالکتریک، تست محدودیت های دما و چرخه دما، ارتعاشات مکانیکی و اثرات فشار نیز در این استاندارد لحاظ شده است.
استاندارد بین المللی IEC 60751 همچنین بیانگر این است که سازندگان سنسورهای دما می‌توانند مشخصات الکتریکی، مانند ظرفیت دماسنج، خازن نسبت به زمین، inductance و همچنین مقاومت اهمی سیم‌های اتصال داخلی را مشخص کنند. همچنین میزان عمق غوطه وری در فرایند کالیبراسیون، حداقل عمق قابل استفاده، زمان پاسخ حرارتی و اثرات خود گرمایشی را می توان بیان کرد.
به منظور مشاهده انواع محصولات، بر روی خرید PT100 کلیک کنید
نتیجه گیری
در این مقاله شما عزیزان با اصول کار سنسور PT100 چیست و چگونه عمل می کند، خواص فیزیکی آن و نحوه استفاده از سنسورهای Pt100 در سیستم های اندازه گیری و کنترل صنعتی آشنا شده و مطالبی را خدمت شما بزرگواران ارائه دادیم. ما رابطه خطی بین دما و مقاومت را برای پلاتین نشان دادیم. این ویژگی سنسورهای Pt100 باعث می شود که از آن ها بتوان در اکثر محیط هایی که اندازه گیری دما، قابل اعتماد و دقت اندازه گیری موردنیاز باشد، استفاده کرد. اگر در مورد سنسور Pt100 یا به طور کلی در مورد سنسورها سؤالی دارید، آن را در نظرات زیر درج کنید تا در کمتر از 24 ساعت جوابگوی سوالات شما بزرگواران باشیم. اگر این مقاله برای شما مفید بود، حتماً آن را با دوستان و همکاران خود به اشتراک بگذارید.
ثبت ديدگاه